Koroze mědi a jejích slitin: příčiny a řešení

Měď a slitiny mědi mají vysokou elektrickou a tepelnou vodivost, lze je obrábět, mají dobrou odolnost proti korozi, a proto jsou široce používány v mnoha průmyslových odvětvích. Ale při vstupu do určitého prostředí stále dochází ke korozi mědi a jejích slitin. Co to je a jak chránit produkty před poškozením, budeme zvažovat v tomto článku. Co je koroze Jedná se o ničení kovů v důsledku expozice prostředí. V zemích s dobře rozvinutým průmyslem dosahují škody způsobené korozí 4–5 % národního důchodu. Zhoršují se nejen kovy, ale i mechanismy a části z nich vyrobené, což vede k velmi vysokým nákladům. Rezivějící potrubí má často za následek únik škodlivých chemikálií, což vede ke kontaminaci půdy, vody a vzduchu. To vše má neblahý vliv na zdraví lidí. Koroze mědi je její samovolná destrukce pod vlivem jednotlivých prvků lidského prostředí. Důvodem znehodnocování kovu je jeho nestabilita vůči některým látkám nacházejícím se ve vzduchu. Čím vyšší je teplota, tím vyšší je rychlost koroze. Vlastnosti mědi Měď je úplně první kov, který člověk začal používat. Má zlatou barvu a na vzduchu se pokryje oxidovým filmem a získá červenožlutou barvu, která jej odlišuje od ostatních kovů, které mají šedý odstín. Je velmi plastický, má vysokou tepelnou vodivost a je považován za vynikající vodič, hned za stříbrem. Ve slabé kyselině chlorovodíkové, sladké a mořské vodě je koroze mědi nevýznamná. Na otevřeném vzduchu kov oxiduje a vytváří oxidový film, který kov chrání. Postupem času ztmavne a zhnědne. Vrstva, která pokrývá měď, se nazývá patina. Mění svou barvu z hnědavé na zelenou a dokonce i černou. Elektrochemická koroze Jedná se o nejběžnější typ ničení kovových výrobků. Elektrochemická koroze ničí části strojů a různé struktury umístěné v zemi, vodě, atmosféře a mazacích a chladicích kapalinách. Jedná se o poškození povrchu kovů vlivem elektrického proudu, kdy chemickou reakcí dochází k uvolnění a přenosu elektronů z katod na anody. To je usnadněno heterogenní chemickou strukturou kovů. Když se měď dostane do kontaktu se železem v elektrolytu, vytvoří se galvanický článek, kde se železo stane anodou a měď katodou, protože železo je v napěťové řadě periodické tabulky vlevo od mědi a má větší aktivitu. Když jsou železo a měď spárovány, železo koroduje rychleji než měď. To se děje proto, že když je železo zničeno, elektrony z něj jsou přeneseny do mědi, která zůstává chráněna, dokud není celá vrstva železa zcela zničena. Tato vlastnost se často používá k ochraně částí a mechanismů. Vliv nečistot na znehodnocování kovů Je známo, že kovy ve své čisté formě prakticky nepodléhají korozi. Ale v praxi všechny materiály obsahují určité množství nečistot. Jak ovlivňují bezpečnost výrobků během provozu? Předpokládejme, že máme část vyrobenou ze dvou kovů. Uvažujme, jak měď a hliník korodují. Při vystavení vzduchu se jeho povrch pokryje tenkým filmem vody. Je třeba poznamenat, že voda se rozkládá na vodíkové ionty a hydroxidové ionty a oxid uhličitý rozpuštěný ve vodě tvoří kyselinu uhličitou. Ukazuje se, že měď a hliník ponořené do roztoku vytvářejí galvanický článek. Kromě toho je hliník anodou, měď je katodou (hliník je v řadě napětí vlevo od mědi). Do roztoku vstupují ionty hliníku a přebytečné elektrony přecházejí do mědi, přičemž na jejím povrchu se vybíjejí vodíkové ionty. Hliníkové ionty a hydroxidové tóny se spojují a ukládají na hliníkovém povrchu jako bílá látka, což způsobuje korozi. Koroze mědi v kyselém prostředí Měď vykazuje dobrou odolnost vůči korozi za všech podmínek, protože zřídka vytlačuje vodík, protože je blízko ušlechtilých kovů v elektrochemické řadě napětí. Široké použití mědi v chemickém průmyslu je způsobeno její odolností vůči mnoha agresivním organickým prostředím:

• dusičnany a sulfidy;
• fenolové pryskyřice;
• kyselina octová, mléčná, citrónová a šťavelová;
• hydroxid draselný a sodný;
• slabé roztoky kyseliny sírové a chlorovodíkové.

Na druhé straně je pozorována silná destrukce mědi v:

• kyselé roztoky solí chrómu;
• minerálních kyselin – chlorné a dusičné a koroze se zvyšuje s rostoucí koncentrací.
• koncentrovaná kyselina sírová, rostoucí s rostoucí teplotou;
• hydroxidy amonné;
• oxidační soli.

Metody konzervace kovů

Téměř všechny kovy v plynném nebo kapalném prostředí podléhají povrchové destrukci. Hlavní metodou ochrany mědi před korozí je nanesení ochranné vrstvy na povrch výrobku, která se skládá z:

• Kov – na měděný povrch výrobku je nanesena vrstva kovu, která je odolnější vůči korozi. Jako takové se používají například mosaz, zinek, chrom a nikl. V tomto případě dojde ke kontaktu s prostředím a oxidaci kovu použitého pro povlak. Pokud je ochranná vrstva částečně poškozena, dochází k destrukci základního kovu – mědi.
• Nekovové látky jsou anorganické nátěry sestávající ze skelné hmoty, cementové malty, nebo organické – barvy, laky, bitumen.
• Chemické filmy – ochrana je tvořena chemicky, vytváří na povrchu kovu sloučeniny, které měď spolehlivě chrání před korozí. Používají k tomu oxidové a fosfátové filmy, případně nasycují povrch slitin dusíkem, organickými látkami nebo jej upravují uhlíkem, jehož sloučeniny jej spolehlivě konzervují.

Kromě toho se do složení slitin mědi zavádí legující složka, která zvyšuje antikorozní vlastnosti, nebo se mění složení prostředí, zbavuje se nečistot a zavádí inhibitory zpomalující reakci.

Měď není chemicky aktivní prvek, a proto k její destrukci dochází velmi pomalu téměř v jakémkoli prostředí. Proto je široce používán v mnoha odvětvích národního hospodářství. Kov se například chová velmi spolehlivě v čisté sladké i mořské vodě. Ale jak se zvyšuje obsah kyslíku nebo se zrychluje průtok vody, odolnost proti korozi klesá.