Korrosion von Kupfer und seinen Legierungen: Ursachen und Lösungen

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Kupfer und Kupferlegierungen haben eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, können bearbeitet werden, haben eine gute Korrosionsbeständigkeit und werden daher in vielen Branchen aktiv eingesetzt. Aber wenn es in eine bestimmte Umgebung eintritt, manifestiert sich immer noch Korrosion von Kupfer und seinen Legierungen. Was das ist und wie man Produkte vor Beschädigungen schützt, werden wir in diesem Artikel betrachten.

Was ist Korrosion

Dies ist die Zerstörung von Metallen durch Kontakt mit der Umwelt. In Ländern mit einer gut entwickelten Industrie beträgt der Korrosionsschaden 4–5 % des Volkseinkommens. Nicht nur Metalle verfallen, sondern auch daraus hergestellte Mechanismen und Teile, was zu sehr hohen Kosten führt. Aus korrodierten Rohrleitungen treten oft schädliche Chemikalien aus, was zu Boden-, Wasser- und Luftverschmutzung führt. All dies wirkt sich nachteilig auf die Gesundheit der Menschen aus. Korrosion von Kupfer ist seine spontane Zerstörung unter dem Einfluss einzelner Elemente der menschlichen Umwelt. Die Ursache für Schäden am Metall ist Instabilitätes zu einzelnen Stoffen in der Luft. Je höher die Temperatur, desto höher die Korrosionsrate.

Kupfereigenschaften

Kupfer ist das allererste Metall, das der Mensch zu verwenden begann. Es hat eine goldene Farbe und wird in der Luft mit einem Oxidfilm bedeckt und nimmt eine rot-gelbe Farbe an, die es von anderen Metallen mit grauer Tönung unterscheidet. Es ist sehr plastisch, hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit und gilt als ausgezeichneter Leiter, der nur noch von Silber übertroffen wird. In schwacher Salzsäure, Süß- und Meerwasser ist die Kupferkorrosion vernachlässigbar.

Im Freien oxidiert das Metall unter Bildung eines Oxidfilms, der das Metall schützt. Mit der Zeit dunkelt es nach und wird braun. Die Schicht, die Kupfer bedeckt, wird Patina genannt. Es ändert seine Farbe von bräunlich zu grün und sogar schwarz.

Elektrochemische Korrosion

Dies ist die häufigste Art der Zerstörung von Metallprodukten. Elektrochemische Korrosion zerstört Maschinenteile, verschiedene im Boden befindliche Strukturen, Wasser, Atmosphäre, Schmier- und Kühlflüssigkeiten. Dies ist eine Beschädigung der Oberfläche von Metallen unter dem Einfluss eines elektrischen Stroms, wenn während einer chemischen Reaktion Elektronen freigesetzt und von Kathoden auf Anoden übertragen werden. Dies wird durch die heterogene chemische Struktur von Metallen erleichtert. Wenn Kupfer mit Eisen in Kontakt kommt, entsteht im Elektrolyten eine galvanische Zelle, in der Eisen zur Anode und Kupfer zur Kathode wird, weil Eisen in der Spannungsreihe gemäß dem Periodensystem links von Kupfer steht und aktiver ist.

In einem Paar Eisen mit Kupfer tritt Eisenkorrosion schneller auf als Kupfer. Denn wenn Eisen zerstört wird, gehen Elektronen von ihm auf Kupfer über, das geschützt bleibt, bis die gesamte Eisenschicht vollständig zerstört ist. Diese Eigenschaft wird oft zum Schutz von Teilen und Mechanismen genutzt.

Einfluss von Verunreinigungen auf den Abbau von Metallen

Es ist bekannt, dass reine Metalle praktisch nicht korrodieren. Aber in der Praxis enth alten alle Materialien eine gewisse Menge an Verunreinigungen. Wie wirken sie sich auf die Sicherheit beim Betrieb von Produkten aus? Angenommen, es gibt ein Teil aus zwei Metallen. Überlegen Sie, wie es zur Korrosion von Kupfer mit Aluminium kommt. An der Luft ist seine Oberfläche mit einem dünnen Wasserfilm bedeckt. Zu beachten ist, dass Wasser in Wasserstoffionen und Hydroxidionen zerfällt und in Wasser gelöstes Kohlendioxid Kohlensäure bildet. Es stellt sich heraus, dass Kupfer und Aluminium, eingetaucht in eine Lösung, eine galvanische Zelle bilden. Außerdem ist Aluminium die Anode, Kupfer die Kathode (Aluminium steht in der Spannungsreihe links von Kupfer).

Aluminiumionen treten in die Lösung ein, und überschüssige Elektronen gehen zu Kupfer über und entladen Wasserstoffionen nahe seiner Oberfläche. Aluminiumionen und Hydroxidtöne verbinden sich und lagern sich als weiße Substanz auf der Aluminiumoberfläche ab und verursachen Korrosion.

Kupferkorrosion in saurer Umgebung

Kupfer weist unter allen Bedingungen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf, da es Wasserstoff selten verdrängt, da es in der elektrochemischen Spannungsreihe liegtsteht in der Nähe von Edelmetallen. Die weite Verbreitung von Kupfer in der chemischen Industrie ist auf seine Beständigkeit gegenüber vielen aggressiven organischen Medien zurückzuführen:

• Nitrate und Sulfide;
• Phenolharze;
• Essig-, Milch-, Zitronen- und Oxalsäure;
• Kalium- und Natriumhydroxid;
• schwache Lösungen von Schwefel- und Salzsäure.

Andererseits gibt es eine starke Kupferzerstörung in:

• saure Lösungen von Chromsalzen;
• Mineralsäuren - Perchlorsäure und Salpetersäure, und die Korrosion nimmt mit zunehmender Konzentration zu.
• konzentrierte Schwefelsäure, zunehmend mit steigender Temperatur;
• Ammoniumhydroxid;
• oxidierende Salze.

Metallkonservierungsmethoden

Praktisch alle Metalle in einem gasförmigen oder flüssigen Medium unterliegen einer Oberflächenzerstörung. Die Hauptmethode zum Schutz von Kupfer vor Korrosion besteht darin, eine Schutzschicht auf die Oberfläche von Produkten aufzubringen, bestehend aus:

• Metall - Auf die Kupferoberfläche des Produkts wird eine Metallschicht aufgetragen, die korrosionsbeständiger ist. Beispielsweise werden Messing, Zink, Chrom und Nickel als solche verwendet. In diesem Fall kommt es zum Kontakt mit der Umgebung und zur Oxidation des für die Beschichtung verwendeten Metalls. Wird die Schutzschicht teilweise beschädigt, wird das Grundmetall Kupfer zerstört.
• Nichtmetallische Stoffe sind anorganische Beschichtungen, die aus glasiger Masse, Zementmörtel oder organischen Stoffen bestehen - Farben, Lacke, Bitumen.
• ChemikalieFilme - Der Schutz wird durch ein chemisches Verfahren gebildet, wodurch Verbindungen auf der Metalloberfläche entstehen, die Kupfer zuverlässig vor Korrosion schützen. Dazu werden Oxid-, Phosphatfilme verwendet oder die Oberfläche der Legierungen mit Stickstoff, organischen Stoffen gesättigt oder mit Kohlenstoff behandelt, deren Verbindungen sie zuverlässig konservieren.

Zusätzlich wird eine Legierungskomponente in die Zusammensetzung von Kupferlegierungen eingeführt, die die Korrosionsschutzeigenschaften verbessert, oder die Zusammensetzung der Umgebung wird geändert, indem Verunreinigungen daraus entfernt und Inhibitoren eingeführt werden, die die Reaktion verlangsamen.

Schlussfolgerung

Kupfer ist kein chemisch aktives Element, deshalb ist seine Zerstörung in fast jeder Umgebung sehr langsam. Daher ist es in vielen Bereichen der Volkswirtschaft weit verbreitet. Beispielsweise ist Metall in sauberem Süß- und Meerwasser sehr stabil. Aber mit zunehmendem Sauerstoffgeh alt oder schnellerem Wasserdurchfluss nimmt die Korrosionsbeständigkeit ab.