Электрохимическая коррозия медь сталь

Обновлено: 16.05.2024

Медь и медные сплавы имеют высокую электро- и теплопроводность, поддаются механической обработке, обладают хорошей стойкостью к коррозии, поэтому активно применяются во многих отраслях промышленности. Но при попадании в определенную среду все-таки проявляется коррозия меди и ее сплавов. Что это такое и как защитить изделия от порчи, рассмотрим в этой статье.

Что такое коррозия

Это разрушение металлов в результате воздействия на них окружающей среды. В странах с хорошо развитой промышленность ущерб от коррозии составляет 4–5% национального дохода. Портятся не только металлы, но и механизмы, и детали, изготовленные из них, что ведет к очень большим затратам. В результате ржавления трубопроводов зачастую происходит утечка вредных химических веществ, что приводит к загрязнению почвы, воды и воздуха. Все это пагубно сказывается на здоровье людей. Коррозия меди является спонтанным ее разрушением под влиянием отдельных элементов среды обитания человека. Причина порчи металла заключается в неустойчивости его к отдельным веществам, находящимся в воздухе. Скорость коррозии тем больше, чем выше температура.

Свойства меди

Вам будет интересно: "Ямаха" 3 л. с. отзывы: отзывы реальных покупателей, инструкция, плюсы и минусы лодочного мотора

Вам будет интересно: "Мастер Мебель": отзывы покупателей о качестве и разнообразии продукции

Медь – это самый первый металл, который стал использовать человек. Она золотистого цвета, а на воздухе покрывается оксидной пленкой и приобретает красно-желтый цвет, что отличает ее от других металлов, имеющих серый оттенок. Она очень пластична, обладает высокой теплопроводностью, считается отличным проводником, уступая только серебру. В слабой соляной кислоте, пресной и морской воде коррозия меди незначительная.

На открытом воздухе происходит окисление металла с образованием оксидной пленки, защищающей металл. Со временем она темнеет и становится коричневого цвета. Слой, покрывающий медь, называют патиной. Он изменяет свой цвет от коричневатого оттенка до зеленого и даже черного.

Электрохимическая коррозия

Это самый распространенный вид разрушения металлических изделий. Электрохимическая коррозия разрушает детали машин, различные конструкции, находящиеся в земле, воде, атмосфере, смазочно-охлаждающих жидкостях. Это повреждение поверхности металлов под воздействием электрического тока, когда при химической реакции происходит отдача и перенос электронов с катодов на аноды. Способствует этому неоднородная химическая структура металлов. При контакте меди с железом в электролите возникает гальванический элемент, где железо становится анодом, а медь – катодом, потому что железо в ряду напряжений по таблице Менделеева стоит левее меди и обладает большей активностью.

В паре железа с медью коррозия железа наступает быстрее, чем меди. Это происходит потому, что при разрушении железа электроны от него переходят к меди, которая остается защищенной до тех пор, пока полностью не разрушится весь слой железа. Этим свойством часто пользуются для защиты деталей и механизмов.

Влияние примесей на порчу металлов

Известно, что металлы в чистом виде практически не подвергаются коррозии. Но на практике все материалы содержат какое-то количество примесей. Как же влияют они на сохранность при эксплуатации изделий? Допустим, что имеется деталь, изготовленная из двух металлов. Рассмотрим, как происходит коррозия меди с алюминием. При нахождении на воздухе ее поверхность покрывается тончайшей пленкой из воды. Надо заметить, что вода разлагается на ионы водорода и гидроксид-ионы, а углекислый газ, растворенный в воде, образует угольную кислоту. Получается, что медь и алюминий, погруженные в раствор, создают гальванический элемент. Причем алюминий – анод, медь – катод (алюминий в ряду напряжений стоит левее меди).

Ионы алюминия попадают в раствор, а к меди переходят избыточные электроны, разряжая у ее поверхности ионы водорода. Ионы алюминия и гидроксид-тоны соединяются и откладываются на поверхности алюминия в виде белого вещества, вызывая коррозию.

Коррозия меди в кислых средах

Медь проявляет хорошую устойчивость к коррозии в любых условиях, так как нечасто вытесняет водород, потому что она в электрохимическом ряду напряжений стоит около благородных металлов. Широкое использование меди в химической промышленности вызвано ее стойкостью ко многим агрессивным органическим средам:

нитратам и сульфидам;
фенольным смолам;
уксусной, молочной, лимонной и щавелевой кислоте;
гидроокиси калия и натрия;
слабым растворам серной и соляной кислоты.

С другой стороны, отмечается сильное разрушение меди в:

кислых растворах солей хрома;
минеральных кислотах - хлорной и азотной, причем коррозия усиливается с увеличением концентрации.
концентрированной серной кислоте, усиливаясь при повышении температуры;
гидроокиси аммония;
окисляющих солях.

Методы предохранения металла

Практически все металлы в газообразной или жидкой среде подвергаются поверхностному разрушению. Основным способом защиты меди от коррозии является нанесение на поверхность изделий защитного слоя, состоящего из:

Металла – на медную поверхность изделия наносится слой металла, который более устойчив к коррозии. Например, в качестве него используют латунь, цинк, хром и никель. В этом случае контакт с окружающей средой и окисление будет происходить с металлом, используемым для покрытия. Если защитный слой частично портится, то происходит разрушение основного металла – меди.
Неметаллических веществ – это неорганические покрытия, состоящие из стекловидной массы, цементного раствора, или органические – краски, лаки, битум.
Химических пленок – защиту образуют химическим способом, создавая на поверхности металла соединения, надежно предохраняющие медь от коррозии. Для этого используют оксидные, фосфатные пленки или насыщают поверхность сплавов азотом, органическими веществами либо обрабатывают углеродом, соединения которого надежно сохраняют ее.

Кроме этого, в состав медных сплавов вводят легирующий компонент, который усиливает антикоррозийные свойства, или изменяют состав окружающей среды, удаляя из нее примеси и вводя ингибиторы, замедляющие протекание реакции.

Заключение

Медь не является химически активным элементом, из-за этого ее разрушение происходит очень медленно практически в любой среде. Поэтому она широко используется во многих отраслях народного хозяйства. Например, металл очень стойко ведет себя в чистой пресной и морской воде. Но при увеличении содержания кислорода или ускорении тока воды устойчивость к коррозии падает.

Электрохимическая коррозия (гальваническая пара медесодержащих и алюмосодержащих мате

lion93654 написал :
Возможно эта тема уже была в рассмотрении, однако я её не видел.

Да, уже несколько раз вопрос поднимался.
Метод борьбы с явлением зависит от конкретной ситуации.
Еще надо различать перенос ионов металлов потоком воды и перенос ионов под действием ЭДС.
Что бы не было гальванической пары (например между оциковкой и медью), достаточно поставить диэлектрическую вставку. Что бы не было переноса ионов потоком воды, надо соблюдать очередность металлов (например медные трубы разрешается устанавливать только после стальных (по ходу потока), а не наоборот, и при этом медь и сталь должны быть разделены, например латунью).

На счет металлопластика можно не беспокоиться, так как там фольга не имеет контакта с водой.
Да и в большинстве случаев проблема по моему не остра. Например, полно фирменной арматуры для алюминиевых радиаторов предназначенной для подключения медными трубами.

lion93654 написал :
физический процесс электрохимической коррозии, когда при контакте медесодержащих и алюмосодержащих материалов в водной среде образуется гальваническая пара с быстропротекающим и необратимым процессом разрушения со всеми вытекающими из этого критическими последствиями.

Это очень актуально в электротехнике: скрутки разнородных по материалу проводов алюминий + медь даже без присутствия водной среды долго не стоят.

lion93654 написал :
Это происходит и при монтаже многослойных Pex-труб и латунных фитингов в т. ч. и имеющих химпокрытие (детали стального цвета); и при монтаже модных алюминиевых секционных радиаторов и латунных резьбовых элементов;

Давайте только не валить в одну кучу медь и латунь.

2Сергеич
Если вам не сложно ответьте пожалуйста на 5ть вопросов -
-----------------------*1*-------------------------
Почему в книге Гражина Бартольд-Вишневская "Медь в санитарно-технических ускановках".Варшава 1997.стр7
Написано это

При изготовлении медных установок важной проблемой является соединение меди с дугими металлами в одной системе циркуляции воды.Вследствие непосредственного соединения меди со сталью,оцинкованной сталью или алюминием возникает электрохимическая реакция ,вызывающая быстрое растворение железа,цинка и алюминия.Для исключения этого явления необходимо отделить эти металлы от меди изолирующей прокладкой.Даже при отсутствии металлического стыка медь стимулирует коррозию вышеуказанных материалов.Этот процесс является результатом выделяемых в осадок ионов меди(Cu2+), проникающих в воду в процессе равномерной коррозии медных поверхностей.Ионы осаждаются в местах уже возникших коррозионных язв и вызывают ускоренное разрушение основного материала(стали,оцинкованной стали либо алюминия).В установках отопления соединение стали и меди допустимо лишь при содержание кислорода в воде не превышающем 0,1 мг\дм3 , что практически возможно только в замкнутой системе,не рекомендуется применять в одной системе циркуляции воды медь и аллюминий.
-----------------------*2*------------------------
Почему в книге KME "Медные трубы KME в Трубопроводных системах внутри зданий".стр154
Написано это

9.6 В системах водоснабжения следует избегать расположения трубопроводов из стали (за исключением нержавеющей), алюминия, цинка после медных (по направлению движения потока воды) во избежание преждевременной коррозии первых. В случае если установка изделий из таких металлов необходима после участка с медными трубами, то необходимо предусмотреть наличие в таких изделиях пассивных анодов, например из магния.
9.7 В системах отопления следует соблюдать следующие правила:

В случае с отоплением надо учесть возможность гальванических процессов: алюминиевые радиаторы лучше не применять, а стальные использовать только в закрытых системах.
----------------------*5*------------------------
Почему в инете полно фоток с гнилыми медными трубками ?
К примеру
У меня на компе есть ещё фоток 6ть с похожеми красотами меди.

П.С
Былоб неплохо еслиб перекинули сюда посты из этой темы

LOT написал :
Почему в инете полно фоток с гнилыми медными трубками ?
К примеру меня на компе есть ещё фоток 6ть с похожеми красотами меди.

Это одна и та же статья, многократно цитируемая. Причем она О ДРУГОМ, если аккуратно её перевести

LOT написал :
только в замкнутой системе

любая гидравлическая система отопления представляет из себя замкнутый циркуляционный контур.

LOT написал :
в осадок ионов меди(Cu2+)

ионы это то, на что распадается вещество при растворении, восадок они не выпадают.

LOT написал :
Ионы осаждаются в местах уже возникших коррозионных язв

откуда только взялись эти язвы? И прочее и прочее и прочее.

Дабы избежать окисления цинка.
Причины теже избежать окисления более активных металлов. Соблюдаем правила монтажа.
Правильно.
Фонарь.

Соблюдаем несложные правила и из спаянных Вами труб будет течь вода для ваших внуков и правнуков. (Кому это сейчас надо в наше время одноразовых вещей? Другой вопрос.)

Алюминиевые радиаторы и медные трубы.

Наличие медных труб в системе отопления на основе алюминиевых радиаторов не представляет никаких проблем, что может быть подтверждено на основе более чем тридцатилетнего опыта работы с установками данного типа. В действительности, при вхождении двух различных металлов или металлических сплавов в контакт при помощи электролита, один из двух металлов может быть подвержен электрохимической коррозии (эффект батареи).

Электрохимическая коррозия проявляется только при одновременном соблюдении трех следующих условий: - металлы различной природы - наличие электролита - электрическая непрерывность между двумя металлами Влияние электролита является важным, если он характеризуется повышенным содержанием солей, что может иметь место в отопительной системе, если химико-физические характеристики воды для заполнения не соответствуют характеристикам, необходимым для нормальной работы системы, или были изменены после (см использование солей для контроля жесткости).

Электрическая непрерывность должна проходить через клапаны (латунь, сталь), соединения (сталь) и вкладыши (изолирующий материал), что крайне мало вероятно при профессиональном проведении установки в соответствии с действующими нормами. Кроме того, алюминий - это металл, подверженный естественному окислению, т.е. в естественных условиях на его поверхности образуется защитный окисленный слой, что также гарантируется возможным наличием металлических частиц в воде системы.

Только истончение данного защитного слоя может понизить сопротивление изделия, истончение, которое может проявиться при агрессивных характеристиках воды. Исходя из многолетнего опыта, приобретенного в ходе работы с данными системами, мы можем гарантировать полную безопасность и совместимость медных труб и алюминиевых радиаторов.
Это взято с
Действительно, если в закрытом отопительном контуре при варианте незначительной подпитки, обеспечить стабильный водно-химический состав теплоносителя с минимальным содержанием солей жёсткости (дистиллированная вода или ионообменное умягчение), то эта сторона проблемы теряет свою актуальность.
А прочие проблемы, затронутые в начале поста, решаются различными вариантами механических разделителей на границе возможных контактов.
Спасибо Всем за активное участие.

Совместимость металлов или как избежать гальванической коррозии?

Контактная коррозия происходит при непосредственном контакте двух разнородных металлов. Нельзя, к примеру, соединять алюминиевые листы медной заклепкой, так как при определенных условиях они образуют сильную гальваническую пару.

Разные металлы имеют разные электродные потенциалы. В присутствии электролита один из них играет роль катода, а другой анода. В результате химической реакции, протекающей между ними, начнется коррозионный процесс, в котором медь (катод) будет беспощадно разрушать алюминий (анод).

Почти все пары разнородных металлов, находящиеся в контакте между собой, подвержены коррозии, так как даже влага из воздуха может выступить в роли электролита и активировать их электродный потенциал. Но одни пары уязвимы в большей степени, а другие – в меньшей.

Например, алюминий отлично контактирует с оцинкованной сталью, хромом и цинком, а латунь совершенно не «дружит» со сталью, алюминием и цинком. Чтобы узнать, какие металлы совместимы, а какие нет, обратимся к основам химии.

В ряду электрохимической активности металлы стоят в следующей последовательности:

Электрохимический ряд напряжения металлов

Для примера рассмотрим пару алюминий – медь. Алюминий стоит в ряду слева от водорода и имеет электроотрицательный потенциал равный -1.7В, а медь находится справа и имеет положительный потенциал +0.4В. Большая разница потенциалов приводит к разрушению более активного алюминия. Медь сильнее всех, впереди стоящих элементов, поэтому в паре с любым из них она выйдет победителем. Чем дальше друг от друга в ряду стоят элементы, тем выше их несовместимость и вероятность протекания гальванической коррозии.

Данные о совместимости некоторых металлов представлены в таблице:

Алюминий	Латунь	Бронза	Медь	Оцинкованная сталь	Железо	Свинец	Нержавеющая сталь	Цинк
Алюминий	Д	Н	Н	Н	Д	О	О	Д	Д
Медь	Н	О	О	Д	О	Н	О	Н	Н
Оцинкованная сталь	Д	О	О	О	Д	О	Д	О	Д
Свинец	О	О	О	О	Д	Д	Д	О	Д
Нержавеющая сталь	Д	Н	Н	Н	О	О	О	Д	Н
Цинк	Д	Н	Н	Н	Д	Н	Д	Н	Д

Д – абсолютно допустимые контакты (низкий риск ГК);
О – ограничено допустимые контакты (средний риск ГК);
Н – недопустимые контакты (высокий риск ГК).

Приведенная таблица может служить кратким справочником для определения совместимости некоторых конструкционных металлов. Допустимость и недопустимость контактов разнородных в электрохимическом отношении металлов устанавливает ГОСТ 9.005-72.

Пример недопустимых гальванических пар:

Гальваническое действие может возникнуть, если строительную конструкцию из нержавеющей стали скреплять оцинкованными болтами. В этой нежелательной паре пострадает высоко анодный крепеж, поскольку его электроны будут перемещаться в направлении катодной нержавеющей стали. Поэтому, крепежные детали должны быть изготовлены из менее гальванически активного металла, чем материал металлоконструкции.

На скорость течения гальванокоррозии оказывает влияние площадь поверхности анода и катода. Если большой по размеру анод соединить с маленьким катодом, то анод будет ржаветь медленно, а если сделать наоборот, то быстро. Например, используйте болты из нержавеющей стали для крепления алюминия, но не наоборот.

Степень интенсивности протекания контактной коррозии зависит и от условий эксплуатации соединения. В обычных атмосферных условиях процесс будет протекать менее быстро и возрастает в агрессивной электропроводной среде, например, растворах кислот и щелочей. Присутствие в воде других веществ увеличивает проводимость электролита и скорость коррозии. Поэтому при проектировании конструкций важна оценка окружающей среды.

Как защитить конструкцию или узел от контактной коррозии?

Если по конструктивным соображениям невозможно избежать нежелательного контакта разнородных металлов, то можно попытаться уменьшить гальваническую коррозию с помощью следующих методов:

окраска поверхностей в районе их стыка;
нанесение совместимых металлических покрытий;
изоляция соединения от внешней среды;
электрическая изоляция;
установка неметаллических прокладок, вставок, шайб в болтовых соединениях.

Практика показывает, что в тех случаях, когда пренебрегают требованиями к допустимости контактов разных металлов, приходится дорого за это расплачиваться. Неправильная компоновка контактных пар выводит из строя узлы крепления, металлоконструкции и может стоять человеческой жизни.

Гальваническая коррозия

Казалось бы, химия наука оторванная от быта, но тем не менее важна для инженера. Сегодняшний пост про электрохимическю (гальваническую) коррозию.

Нельзя просто так взять, и соединить два разных металла. Точнее можно, но могут быть проблемы. Многие помнят из школьного курса химии ряд напряженности металлов. Вот он:

-3,04

-2,93

-2,89

-2,86

-2,71

-2,37

-1,7

-0,76

-0,74

-0,44

-0,40

-0,28

-0,23

-0,14

-0,12

+0,52

+0,79

+0,85

+0,96

+1,69

Более подробная таблица есть в википедии.

Данная таблица говорит, что например, если мы в апельсин (электролит) воткнем цинковую проволочку и медную, то потенциал между ними будет 0,76+0,52 = 1,28В. При этом при протекании тока один металл — цинк, так как он левее будет разрушаться. Чем дальше разнесены по таблице металлы, тем больше потенциал в их паре, тем интенсивнее реакция.

При соприкосновении двух металлов, и наличия электролита начинается процесс электрохимической коррозии, вот наглядная картинка отсюда:

В паре металлов разрушается более электроотрицательный металл, тот который в таблице левее — алюминий в данном случае. Электролитом может служить простая влага воздуха. Это основная причина почему нельзя скручивать вместе алюминиевый и медный провод, их постепенно сожрет коррозия и контакт будет потерян. Такая мина замедленного действия. Но про это будет отдельная статья.

Примеры коррозии. Пара медь — железо. Железо в ряду левее, и оно разрушается:

Источник. Чтобы такого не происходило медная труба должна соединяться через изолирующую пластиковую вставку, исключающей электрический контакт металлов. Но если вставка будет повреждена — начинается процесс коррозии.

Или вот. Нержавеющая сталь и оцинкованное железо. Цинк разрушился обнажив железо:

Вот фото сделанное мной:

Видно, что ржавчина появляется только после того как растворится цинк. Электрохимическая защита лучше окраски тем, что действует до последнего, и не отшелушится при старении, как краска.

Вот еще хорошая демонстрация отсюда. Стальной болт — медная гайка, медный болт — стальная гайка, и алюминиевый болт — медная гайка.

Настоятельно рекомендую знающим английский язык почитать подробно тут.

Видел как то в интернете мастер делал орнамент на клинке расчеканивая в углубление медный провод. После шлифовки выглядело красиво. Но теперь мы знаем, что будет при контакте с водой.

Катодная защита.

Зло гальванической коррозии можно обратить во благо. Как мы видим, если у нас есть два металла, то в присутствии воды начнет разрушаться более электроотрицательный, активный металл. Пока он полностью не разрушится — не начнется обычная коррозия второго металла. Поэтому железо оцинковывают для защиты от коррозии. Если взять и поцарапать оцинкованный болт, то у нас появится место контакта железа, цинка и электролита. И прелесть в том, что начнет разрушаться цинк, а не железный болт. Только когда разрушится весь цинк — болт начнет ржаветь. Поэтому оцинкованное железо служит дольше, слой «жертвенного» металла дает дополнительные годы эксплуатации.

Ситуация полностью наоборот случится если мы покроем железо оловом. Железо лудят если оно контактирует с пищей. Олово, попавшее в пищу безопаснее железа или цинка. Но олово правее железа в ряду напряженности металлов, а значит при наличии царапины и воды начнет разрушаться железо. И этот процесс не прекратится пока не останется тонкая скорлупка олова.

Но к счастью не обязательно покрывать защищаемый металл жертвенным. Достаточно их соединить электрически и поместить в один электролит. Пример — катодная защита трубопроводов:

Магниевая болванка будет разрушаться, защищая железный трубопровод от ржавчины. Такой же магниевый электрод помещают в бойлеры, это позволяет сделать бак дешевым, из тонкой стали,а сам электрод сделать расходным материалом. Они даже продаются.

Читайте также: