Ăn mòn đồng và hợp kim của nó: nguyên nhân và giải pháp

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Đồng và hợp kim của đồng có tính dẫn điện và dẫn nhiệt cao, có thể gia công, chống ăn mòn tốt nên được ứng dụng tích cực trong nhiều ngành công nghiệp. Nhưng khi đi vào một môi trường nhất định, sự ăn mòn đồng và các hợp kim của nó vẫn biểu hiện. Nó là gì và làm thế nào để bảo vệ sản phẩm khỏi bị hư hại, chúng ta sẽ xem xét trong bài viết này.

Ăn mòn là gì

Đây là sự phá hủy kim loại do tiếp xúc với môi trường. Ở các nước có nền công nghiệp phát triển, thiệt hại do ăn mòn là 4–5% thu nhập quốc dân. Không chỉ kim loại bị hư hỏng, mà cả các cơ chế và bộ phận được làm từ chúng, dẫn đến chi phí rất cao. Đường ống bị ăn mòn thường rò rỉ các hóa chất độc hại, dẫn đến ô nhiễm đất, nước và không khí. Tất cả điều này ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của mọi người. Ăn mòn đồng là sự phá hủy tự phát của nó dưới tác động của các yếu tố riêng lẻ của môi trường con người. Nguyên nhân làm hỏng kim loại là không ổn địnhnó với các chất riêng lẻ trong không khí. Nhiệt độ càng cao, tốc độ ăn mòn càng cao.

Tính chất đồng

Đồng là kim loại đầu tiên mà con người bắt đầu sử dụng. Nó có màu vàng, và trong không khí nó được bao phủ bởi một lớp màng oxit và có màu vàng đỏ, giúp phân biệt nó với các kim loại khác có màu xám. Nó rất dẻo, có tính dẫn nhiệt cao, được coi là chất dẫn điện tuyệt vời, chỉ đứng sau bạc. Trong axit clohydric yếu, nước ngọt và nước biển, sự ăn mòn đồng là không đáng kể.

Để ngoài không khí, kim loại bị oxi hóa với sự tạo thành màng oxit bảo vệ kim loại. Theo thời gian, nó tối dần và trở thành màu nâu. Lớp bao phủ đồng được gọi là lớp gỉ. Nó thay đổi màu từ nâu sang xanh lá cây và thậm chí là đen.

Ăn mòn điện hóa

Đây là kiểu phá hủy các sản phẩm kim loại phổ biến nhất. Ăn mòn điện hóa phá hủy các bộ phận máy móc, các cấu trúc khác nhau nằm trong lòng đất, nước, khí quyển, chất lỏng bôi trơn và làm mát. Đây là sự phá hủy bề mặt của kim loại dưới tác động của dòng điện, khi trong một phản ứng hóa học, các điện tử được giải phóng và chuyển từ cực âm sang cực dương. Điều này được tạo điều kiện thuận lợi bởi cấu trúc hóa học không đồng nhất của kim loại. Khi đồng tiếp xúc với sắt, một tế bào mạ xuất hiện trong chất điện phân, nơi sắt trở thành cực dương và đồng trở thành cực âm, bởi vì sắt trong dãy điện áp theo bảng tuần hoàn nằm bên trái đồng và hoạt động mạnh hơn.

Trong một cặp sắt với đồng, sắt xảy ra sự ăn mòn nhanh hơn đồng. Điều này là do khi sắt bị phá hủy, các điện tử từ nó truyền sang đồng, đồng này vẫn được bảo vệ cho đến khi toàn bộ lớp sắt bị phá hủy hoàn toàn. Thuộc tính này thường được sử dụng để bảo vệ các bộ phận và cơ chế.

Ảnh hưởng của tạp chất đến sự biến chất của kim loại

Người ta biết rằng kim loại nguyên chất thực tế không bị ăn mòn. Nhưng trên thực tế, tất cả các vật liệu đều chứa một số tạp chất. Chúng ảnh hưởng đến sự an toàn trong quá trình vận hành sản phẩm như thế nào? Giả sử rằng có một phần làm bằng hai kim loại. Hãy nhận xét sự ăn mòn của đồng với nhôm xảy ra như thế nào. Khi tiếp xúc với không khí, bề mặt của nó được bao phủ bởi một lớp màng nước mỏng. Cần lưu ý rằng nước phân hủy thành các ion hydro và ion hydroxit, và carbon dioxide hòa tan trong nước tạo thành axit cacbonic. Hóa ra là đồng và nhôm, ngâm trong dung dịch, tạo ra tế bào mạ. Hơn nữa, nhôm là cực dương, đồng là cực âm (nhôm ở bên trái của đồng trong chuỗi điện áp).

Các ion nhôm đi vào dung dịch, và các điện tử dư thừa chuyển sang đồng, phóng ra các ion hydro gần bề mặt của nó. Các ion nhôm và tông màu hydroxit kết hợp và lắng đọng trên bề mặt nhôm như một chất màu trắng, gây ăn mòn.

Ăn mòn đồng trong môi trường axit

Đồng thể hiện khả năng chống ăn mòn tốt trong mọi điều kiện vì nó hiếm khi thay thế hydro vì nó nằm trong chuỗi điện áp điện hóađứng gần kim loại quý. Việc sử dụng đồng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa chất là do khả năng chống lại nhiều chất hữu cơ xâm thực của nó:

• nitrat và sunfua;
• nhựa phenolic;
• axit axetic, lactic, xitric và axit oxalic;
• kali và natri hydroxit;
• dung dịch axit sunfuric và clohydric yếu.

Mặt khác, có sự phá hủy đồng mạnh mẽ trong:

• dung dịch axit của muối crom;
• axit khoáng - pecloric và nitric, và sự ăn mòn tăng lên khi nồng độ ngày càng tăng.
• axit sunfuric đặc, tăng khi nhiệt độ tăng;
• amoni hydroxit;
• muối oxy hóa.

Phương pháp Bảo quản Kim loại

Trên thực tế, tất cả các kim loại ở môi trường khí hoặc lỏng đều trải qua quá trình phá hủy bề mặt. Cách chính để bảo vệ đồng khỏi bị ăn mòn là phủ một lớp bảo vệ lên bề mặt sản phẩm, bao gồm:

• Kim loại - một lớp kim loại được phủ lên bề mặt đồng của sản phẩm, có khả năng chống ăn mòn cao hơn. Ví dụ, đồng thau, kẽm, crom và niken được sử dụng như nó. Trong trường hợp này, sự tiếp xúc với môi trường và quá trình oxy hóa sẽ xảy ra với kim loại được sử dụng làm lớp phủ. Nếu lớp bảo vệ bị hư hỏng một phần, thì kim loại cơ bản, đồng, sẽ bị phá hủy.
• Chất phi kim loại là lớp phủ vô cơ bao gồm khối bông thủy tinh, vữa xi măng, hoặc hữu cơ - sơn, vecni, bitum.
• Hóa chấtmàng - bảo vệ được hình thành bằng phương pháp hóa học, tạo ra các hợp chất trên bề mặt kim loại để bảo vệ đồng khỏi bị ăn mòn một cách đáng tin cậy. Để làm điều này, màng oxit, photphat được sử dụng hoặc bề mặt của hợp kim được bão hòa với nitơ, các chất hữu cơ hoặc được xử lý bằng cacbon, các hợp chất có khả năng bảo quản đáng tin cậy.

Ngoài ra, một thành phần hợp kim được đưa vào thành phần của hợp kim đồng, giúp tăng cường tính chất chống ăn mòn, hoặc thành phần của môi trường bị thay đổi, loại bỏ tạp chất khỏi nó và đưa vào chất ức chế làm chậm phản ứng.

Kết

Đồng không phải là một nguyên tố hoạt động hóa học, vì điều này, sự phá hủy của nó rất chậm trong hầu hết mọi môi trường. Vì vậy, nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân. Ví dụ, kim loại rất bền trong nước sạch và nước biển. Nhưng khi hàm lượng oxy tăng lên hoặc dòng nước tăng tốc, khả năng chống ăn mòn giảm xuống.