تآكل النحاس وسبائكه: الأسباب والحلول

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

النحاس وسبائك النحاس لديها موصلية كهربائية وحرارية عالية ، ويمكن تشكيلها ، ولها مقاومة جيدة للتآكل ، لذلك فهي تستخدم بنشاط في العديد من الصناعات. ولكن عندما يدخل في بيئة معينة ، فإن تآكل النحاس وسبائكه لا يزال يتجلى. ما هو وكيفية حماية المنتجات من التلف ، سننظر في هذا المقال

ما هو التآكل

هذا هو إتلاف المعادن نتيجة التعرض للبيئة. في البلدان ذات الصناعة المتطورة ، الضرر الناجم عن التآكل هو 4-5٪ من الدخل القومي. لا تتدهور المعادن فحسب ، بل تتدهور أيضًا الآليات والأجزاء المصنوعة منها ، مما يؤدي إلى تكاليف باهظة للغاية. غالبًا ما تتسبب خطوط الأنابيب المتآكلة في تسرب مواد كيميائية ضارة ، مما يؤدي إلى تلوث التربة والمياه والهواء. كل هذا يؤثر سلبا على صحة الناس. تآكل النحاس هو تدميره التلقائي تحت تأثير العناصر الفردية للبيئة البشرية. سبب تلف المعدن هو عدم الاستقرارإلى المواد الفردية في الهواء. كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد معدل التآكل.

خصائص النحاس

النحاس هو أول معدن بدأ الإنسان في استخدامه. إنه ذهبي اللون ، وفي الهواء يتم تغطيته بفيلم من الأكسيد ويكتسب لونًا أحمر مائلًا للأصفر ، مما يميزه عن المعادن الأخرى ذات الصبغة الرمادية. إنه من البلاستيك للغاية ، ولديه موصلية حرارية عالية ، ويعتبر موصلًا ممتازًا ، ويحتل المرتبة الثانية بعد الفضة. في حمض الهيدروكلوريك الضعيف والمياه العذبة ومياه البحر ، تآكل النحاس لا يكاد يذكر.

في الهواء الطلق ، يتأكسد المعدن بتكوين فيلم أكسيد يحمي المعدن. بمرور الوقت ، يصبح لونه داكنًا ويصبح بنيًا. الطبقة التي تغطي النحاس تسمى الزنجار. يتغير لونه من البني إلى الأخضر وحتى الأسود.

التآكل الكهروكيميائي

هذا هو أكثر أنواع تدمير المنتجات المعدنية شيوعًا. يدمر التآكل الكهروكيميائي أجزاء الماكينة ، والهياكل المختلفة الموجودة في الأرض ، والمياه ، والجو ، وسوائل التشحيم والتبريد. هذا هو الضرر الذي يلحق بسطح المعادن تحت تأثير التيار الكهربائي ، عندما يتم إطلاق الإلكترونات ونقلها من الكاثودات إلى الأنودات أثناء تفاعل كيميائي. يتم تسهيل ذلك من خلال التركيب الكيميائي غير المتجانس للمعادن. عندما يتلامس النحاس مع الحديد ، تظهر خلية كلفانية في الإلكتروليت ، حيث يصبح الحديد هو الأنود ، ويصبح النحاس هو الكاثود ، لأن الحديد في سلسلة الفولتية وفقًا للجدول الدوري على يسار النحاس ويكون أكثر نشاطًا.

في زوج من الحديد مع النحاس ، يحدث تآكل الحديد أسرع من النحاس. هذا لأنه عند تدمير الحديد ، تنتقل الإلكترونات منه إلى النحاس ، والذي يظل محميًا حتى يتم تدمير طبقة الحديد بالكامل. غالبًا ما تستخدم هذه الخاصية لحماية الأجزاء والآليات.

تأثير الشوائب على تدهور المعادن

من المعروف أن المعادن النقية لا تتآكل عمليا. لكن من الناحية العملية ، تحتوي جميع المواد على قدر من الشوائب. كيف تؤثر على سلامة المنتجات أثناء تشغيلها؟ افترض أن هناك جزءًا مصنوعًا من معدنين. ضع في اعتبارك كيفية حدوث تآكل النحاس بالألمنيوم. عند تعرضه للهواء ، يكون سطحه مغطى بطبقة رقيقة من الماء. وتجدر الإشارة إلى أن الماء يتحلل إلى أيونات الهيدروجين وأيونات الهيدروكسيد ، ويشكل ثاني أكسيد الكربون المذاب في الماء حمض الكربونيك. اتضح أن النحاس والألمنيوم ، المغموسين في محلول ، يخلقان خلية كلفانية. علاوة على ذلك ، الألومنيوم هو الأنود ، والنحاس هو القطب السالب (الألمنيوم على يسار النحاس في سلسلة الجهد).

تدخل أيونات الألومنيوم في المحلول ، وتنتقل الإلكترونات الزائدة إلى النحاس ، وتفريغ أيونات الهيدروجين بالقرب من سطحه. تتحد أيونات الألومنيوم ودرجات الهيدروكسيد وترسب على سطح الألومنيوم كمادة بيضاء ، مما يتسبب في التآكل.

تآكل النحاس في البيئات الحمضية

يُظهر النحاس مقاومة جيدة للتآكل في جميع الظروف لأنه نادرًا ما يحل محل الهيدروجين لأنه موجود في سلسلة الجهد الكهروكيميائييقف بالقرب من المعادن الثمينة. يرجع الاستخدام الواسع النطاق للنحاس في الصناعة الكيميائية إلى مقاومته للعديد من الوسائط العضوية العدوانية:

• النترات والكبريتيدات ؛
• راتنجات الفينول
• الخليك ، اللبنيك ، الستريك وحمض الأكساليك ؛
• هيدروكسيدات البوتاسيوم والصوديوم
• محاليل ضعيفة من حامض الكبريتيك وحمض الهيدروكلوريك.

من ناحية أخرى ، هناك تدمير قوي للنحاس في:

• المحاليل الحمضية من أملاح الكروم ؛
• أحماض معدنية - بيركلوريك ونتريك ، ويزداد التآكل مع زيادة التركيز.
• حامض الكبريتيك المركز ، مع زيادة درجة الحرارة ؛
• هيدروكسيد الأمونيوم ؛
• أملاح مؤكسدة.

طرق حفظ المعادن

عمليا جميع المعادن في وسط غازي أو سائل تتعرض للتدمير السطحي. الطريقة الرئيسية لحماية النحاس من التآكل هي وضع طبقة واقية على سطح المنتجات تتكون من:

• معدن - يتم وضع طبقة من المعدن على السطح النحاسي للمنتج ، وهو أكثر مقاومة للتآكل. على سبيل المثال ، يتم استخدام النحاس والزنك والكروم والنيكل. في هذه الحالة ، يحدث تلامس مع البيئة وسيحدث الأكسدة مع المعدن المستخدم في الطلاء. في حالة تلف الطبقة الواقية جزئيًا ، يتم تدمير المعدن الأساسي ، النحاس.
• المواد غير المعدنية عبارة عن طلاءات غير عضوية تتكون من كتلة زجاجية ، أو ملاط أسمنتي ، أو عضوي - دهانات ، ورنيشات ، وقار.
• كيميائيالأفلام - يتم تشكيل الحماية بطريقة كيميائية ، مما يؤدي إلى إنشاء مركبات على سطح المعدن تحمي النحاس بشكل موثوق من التآكل. للقيام بذلك ، يتم استخدام أفلام أكسيد أو فوسفات أو يتم تشبع سطح السبائك بالنيتروجين أو المواد العضوية أو معالجتها بالكربون ، والتي تحافظ عليها المركبات بشكل موثوق.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم إدخال مكون صناعة السبائك في تكوين سبائك النحاس ، مما يعزز الخصائص المضادة للتآكل ، أو يتم تغيير تكوين البيئة ، وإزالة الشوائب منها وإدخال مثبطات تبطئ التفاعل.

الخلاصة

النحاس ليس عنصرًا نشطًا كيميائيًا ، ولهذا السبب فإن تدميره بطيء جدًا في أي بيئة تقريبًا. لذلك ، يتم استخدامه على نطاق واسع في العديد من قطاعات الاقتصاد الوطني. على سبيل المثال ، المعدن مستقر جدًا في مياه البحر العذبة والعذبة. ولكن مع زيادة محتوى الأكسجين أو تسريع تدفق المياه ، تقل مقاومة التآكل.