какой металл может быть использован в качестве катодного покрытия для защиты меди
Катодное и анодное покрытия металлов как способ защиты их от коррозии
Решение задач по химии на защиту металлов от коррозии
При покрытии железа медью возникает коррозионная пара, в которой медь является катодом, а железо – анодом, так как железо имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал (-0,44 В), чем медь (0,34 В). При этом будут протекать следующие электрохимические процессы:
а) Во влажном воздухе:
Так как ионы Fe 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа будет Fe(OH)2. При контакте с кислородом воздуха Fe(OH)2 быстро окисляется до метагидроксида железа FeO(OH), приобретая характерный для него бурый цвет:
б) В хлороводородной (соляной) кислоте:
Таким образом, при покрытии железа медью при повреждении или при образовании пор разрушается основной металл – железо. Это пример катодного покрытия металла.
а) Во влажном воздухе:
Так как ионы Fe 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии железа будет Fe(OH)2. При контакте с кислородом воздуха Fe(OH)2 быстро окисляется до метагидроксида железа FeO(OH), приобретая характерный для него бурый цвет:
б) В хлороводородной (соляной) кислоте:
а) Во влажном воздухе:
Так как ионы Pb 2+ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом атмосферной коррозии свинца будет Pb(OH)2.
б) В хлороводородной (соляной) кислоте:
Таким образом, свинец является анодом в гальванической паре Fe — Pb, значит, это анодное покрытие. При анодном покрытии во время коррозии разрушается само покрытие, а основная конструкция не разрушается.
Защита меди от коррозии – лучшие методы
Как быстро ржавеет медь и что с этим делать
Медные изделия применяются людьми на протяжении многих веков. Даже в древнейшие времена стоимость такого металла могла приравниваться к стоимости золота, так как производства данного металла было очень дорогостоящим.
На данный момент медь стала куда дешевле, и потому из нее, помимо украшений, стараются делать посуду, аксессуары в интерьер и остальные предметы. Не задумывались ли над тем, как быстро ржавеет медь?
Коррозия меди, в отличия от того же железа, развивается крайне медленно за счет ее устойчивости к такому явлению, и все же иногда требуется принимать меры по очищению изделий от ужасного налета.
Коррозия металлов/сплавов – что это
Под ржавлением подразумевается процесс разрушения металла под воздействием негативных факторов в окружающей среде. В той или иной мере будут ржаветь все металлы, сплавы, и в результате этого на них появляется ржавчина и места ухудшения целостности (а именно, дыры). Со временем могут начать портиться все неметаллы – примером можно называть старение резины или даже пластика от воздействия с кислородом, при постоянном контакте с водой, а еще из-за температурных перепадов.
Главной первопричиной ржавления можно считать термодинамическую неустойчивость металла к воздействию факторов физического типа или даже веществ химического происхождения, которые есть в контактной среде. В сравнении с железом медь будет окисляться куда меньше, но при увеличении температуры такой процесс будет сильно ускоряться. При регулярном нахождении в среде при температуре выше +105 градусов любой металл будет ржаветь в несколько раз быстрее.
Подробности
Коррозионные качества
Медь представляет собой металл с высокими свойствами пластичности, которые имеют красновато-золотистый цвет, а после снятия оксидной пленки немного розоватым. По электрической проводимости он будет уступать только серебру, еще характеризуется огромной степенью тепловой проводимости. За счет низкого удельного сопротивления медь используется в электротехнике – она идет на изготовление пластинок из меди, обмотки электрической двигателей, проволоки.
Обратите внимание, что из-за прекрасных антикоррозионных свойств металл будет включаться в сплавы для усовершенствования их инженерных характеристик (латунь, бронза и прочие). В гальванической среде медь превращается в катод, и начинает вступать в электрохимические процессы, а еще вызывает ускоренный процесс ржавления остальных металлов.
Медь является неактивным химическим элементов, и потому она практически не взаимодействует с водой (морской или пресной), воздухом. Если воздух сухой, на поверхность материала будет формироваться оксидная пленка с толщиной до 50 мн. Изделие из меди начинает темнеть, становится зеленоватым или коричневым, и это называется патиной. Во множестве случаев патина воспринимается, как покрытие декоративного типа. Коррозионная интенсивность мала при контактировании с разведенной соляной кислотой, но при реакции со множеством остальных кислот, с галогенами, «царской водкой» металл будет окислен с образованием медного карбоната.
Условия для разрушения меди
Несмотря на стойкости к порче, даже изделия из меди при определенных условиях способны ржаветь. Меньше всего такие явления выражены в воде, влажном воздухе, почве и даже больше – в среде кислого типа. Ощутимо уменьшать коррозию можно посредством лужения – покрытия меди оловянным слоем. Качественный процесс лужения дает надежность и защиту от дефектов, а еще повышает устойчивость к коррозии, делает материал не подверженным воздействию высокой температуры, града, дождя и снега. Срок применения луженых изделий будет составлять больше сотни лет без потери первозданных качеств.
Воздействие воды
В воде из моря степень коррозии почти такой же, как и в обычной, то есть пресной. Лишь при ускорении передвижения воды ржавление станет ударным, и потому более интенсивным. Медь является материалом, который не может обрастать морскими микроскопическими организмами, потому что его ионы губительные для водорослей и моллюсков. Такое свойство металла применяется в судоходстве, а также в рыбном хозяйстве.
Влияние щелочей и кислот
В щелочах медь не будет портиться, потому что материал сам по себе является щелочным, зато кислоты для нее будут являться самыми негативными по воздействию. Самая быстрая и значимая коррозия будет происходить при контактировании с серой и ее кислотными типами соединений, а азотная кислота способна полностью разрушать структуру материала. В концентрированной кислоте медь начинает растворяться, и потому при изготовлении оборудования для промышленности нефтегазового типа требуется дополнительная защита.
С такой целью применяют ингибиторы – замедлители химической реакции:
Рассмотрим еще кое-что, касающееся коррозии
Коррозия от влажного воздуха и почвы
В почве проживает большое количество микроскопических организмов, которые способны вырабатывать сероводород, так как среда тут кислая, а скорость коррозии меди возрастет. Чем больше отклонение значения рН в стороне окисления, тем скорее будут протекать разрушительные процессы. Если почва оснащена кислородом, то металл начинает окисляться, но ржаветь будет меньше. При длительном нахождении изделий из меди в земле они начинают зеленеть, становятся рыхлыми и способны даже рассыпаться. Краткосрочное пребывание в грунте вызывает образование патины, от которой предмет можно очищать. Кстати, влажный воздух способен плохо сказываться на состоянии материала лишь при длительном контакте, а для начала тоже вызывает образование патины (оксидного слоя). Исключение будет составлять пар, который насыщенный сульфидами, хлоридами, углекислотой – в нем коррозия будет развиваться стремительнее.
Почему медные изделия требуется регулярно очищать?
Ковши из меди, турки, самовары отличаются высокой степенью тепловой проводимости, и потому нагревание в них протекает равномерно, а продукты будут приготовлены быстрее. Это обусловлено высокую популярность изделий в быту. Потребность в очистке медных предметов обусловлено утратой ими визуальной привлекательности спустя время. Особенно быстро начинают тускнеть и теряют естественный цвет изделия, которые находятся на воздухе или даже часто нагревающиеся.
Коррозия меди в виде оксидной пленки (патины) популярна лишь в тот момент, где требуется придание предметам винтажного облика, стилизация под старину. В обратном случае она будет портиться внешний вид посуды, утвари, а также статуэток и украшений. Чтобы устранять оксидный налет, элементы потемнения и вернуть прежний блеск, требуется время от времени чистить предметы. Также очищение требуется для того, чтобы исключить попадания в пищу вредоносных соединений, которые способы присутствовать в зеленом и черном слое.
Эффективные способы очистки меди
Произвести очищение медных предметов несложно, для этого не требуются дорогостоящие средства. Вот наиболее популярные методики, которые используют в домашних условиях:
А теперь рассмотрим, как чистить медные монеты.
Очистка медных монет
Именно монетки из меди представляют собой антиквариат, и в наше время не будут выпускаться. Нередко требуется их очищать, чтобы вернуть красивый внешний вид. Если монета из меди контактировала со свинцом, налет на ней бывает желтоватым. В этом случае он будет прекрасно очищаться посредством столового уксуса (9%). Зеленый налет следует убрать посредством раствора лимонной кислоты (10%) или даже лимонным натуральным соком, коричневый аммиаком или углекислым аммонием.
Следует помнить о том, что иногда слой патины помогает придавать монетам более винтажный и благородный внешний вид, и потому удалять его стоит не всегда. Некоторые де стараются искусственно состарить деньги домашним методом. Для этого возьмите литр дистиллированной воды, 5 грамм марганцовки (аптечной) и 50 грамм медного купороса. Раствор следует нагреть, не доводя до кипения, бросить в него монеты, оставить до получения требуемого оттенка. Для закрепления полученного эффекта просохшие деньги обработайте все смесью спирта и бензола (1 к 1). После монеты обретают красивый состаренный вид и способны украшать любые коллекции антикварных предметов.
Почему ржавеет медь и как защитить ее от коррозии
Изделия из меди используются человеком на протяжении нескольких веков. В дореволюционные времена цена этого металла приравнивалась к стоимости золота, настолько дорогим было его производство. Сейчас медь намного подешевела, поэтому из нее, кроме украшений, делают посуду, интерьерные аксессуары и иные предметы.
Коррозия меди, в отличие от железа, развивается медленно благодаря ее устойчивости к данному явлению, и все-таки иногда приходится принимать меры по очистке изделий от некрасивого налета.
Что такое коррозия металлов и сплавов
Под коррозией понимают процесс разрушения металла под действием агрессивных факторов окружающей среды. В той или иной степени ржавеют все металлы, сплавы, в результате чего на них появляются ржавчина и участки нарушения целостности (дыры). Портиться со временем способны и неметаллы: примером можно назвать старение резины или пластика от взаимодействия с кислородом, при частых контактах с водой, перепадами температур.
Основной причиной коррозии считается термодинамическая неустойчивость металла к влиянию физических факторов или химических веществ, которые присутствуют в контактной среде. По сравнению с железом медь окисляется намного меньше, но при увеличении температуры этот процесс значительно ускоряется. При регулярном нахождении в среде с температурой выше +100 градусов любой металл ржавеет в несколько раз быстрее.
Коррозийные свойства меди
Медь – металл с высокими пластическими свойствами, имеющий красно-золотистый цвет, а после удаления оксидной пленки – чуть розоватый. По электропроводности он уступает лишь серебру, также характеризуется высокой теплопроводностью. Благодаря низкому удельному сопротивлению медь применяется в электротехнике: идет на изготовление медных пластинок, проволоки, обмотки двигателей.
Из-за высоких антикоррозионных качеств металл включается в сплавы для улучшения их технических характеристик (бронза, латунь и другие). В гальванической среде медь становится катодом, вступает в электрохимические процессы и вызывает ускоренное ржавление прочих металлов.
Медь – неактивный химический элемент, поэтому практически не взаимодействует с воздухом, водой (пресной, морской). Если воздух сухой, на поверхности материала формируется оксидная пленка толщиной до 50 мн. Медное изделие темнеет, становится коричневым или зеленоватым, это называется патиной. В ряде случаев патина воспринимается как декоративное покрытие. Интенсивность коррозии низкая при контакте с разбавленной соляной кислотой, но при реакции с рядом иных кислот, с галогенами, «царской водкой» металл окисляется с образованием карбоната меди.
Условия разрушения материала
Несмотря на устойчивость к порче, даже медные изделия при определенных условиях могут ржаветь. Меньше всего подобные явления выражены во влажном воздухе, воде, почве, больше – в кислой среде.
Серьезно снизить коррозию можно путем лужения – покрытия меди слоем олова. Качественное лужение дает надежную защиту от повреждений, повышает коррозионную стойкость, делает материал не подверженным действию высоких температур, дождя, града, снега. Срок службы луженых изделий составляет более 100 лет без потери первоначальных свойств.
Влияние воды
Скорость коррозии меди в воде сильно зависит от наличия оксидной пленки на ее поверхности, а также от степени насыщенности воды кислородом. Чем больше содержание последнего, тем интенсивнее протекает разрушение материала. В целом, медь считается стойкой к вредному воздействию соленой и пресной воды, и пагубно влияют на нее только растворенные ионы хлора, низкий уровень pH. Прочность, неподверженность ржавлению позволяет применять материал для изготовления трубопроводов.
Если на поверхности изделия, покрытого медью, имеется коричневая или зеленая оксидная корка, разрушающие вещества в малой степени проникают внутрь. Обычно оксидный слой формируется спустя 60 дней нахождения металла в воде. Более прочной считается зеленая корка (карбонатная), рыхлой и менее крепкой – черная (сульфатная).
В морской воде уровень коррозии практически такой же, как и в пресной. Лишь при ускорении движения жидкости коррозия становится ударной, поэтому – более интенсивной. Медь – материал, который не способен обрастать морскими микроорганизмами, ведь его ионы губительны для моллюсков, водорослей. Это свойство металла используется в судоходстве, рыбном хозяйстве.
Воздействие кислот и щелочей
В щелочах медь не портится, ведь материал сам по себе является щелочным, зато кислоты для нее являются самыми пагубными по воздействию. Наиболее значимая и быстрая коррозия происходит при контакте с серой и ее кислотными соединениями, а азотная кислота и вовсе полностью разрушает структуру материала.
В концентрированных кислотах медь растворяется, поэтому при изготовлении оборудования для нефтегазовой промышленности требует дополнительной защиты. С этой целью применяются ингибиторы – замедлители химических реакций:
Коррозия в почве и влажном воздухе
В почве проживает множество микроорганизмов, которые вырабатывают сероводород, поэтому среда тут кислая, скорость коррозии меди возрастает. Чем более отклонено значение pH в сторону закисления, тем быстрее протекают процессы разрушения. Если грунт насыщен кислородом, металл окисляется, но ржавеет меньше. При длительном нахождении медных изделий в земле они зеленеют, становятся рыхлыми и могут даже рассыпаться. Краткосрочное пребывание в почве вызывает появление патины, от которой предмет можно очистить.
Влажный воздух плохо сказывается на состоянии материала только при долгом контакте, а вначале тоже вызывает появление патины (оксидного слоя). Исключение составляет пар, насыщенный хлоридами, сульфидами, углекислотой – в нем коррозия развивается стремительнее.
Почему изделия из меди необходимо регулярно чистить
Медные турки, ковши, самовары отличаются высокой теплопроводностью, потому нагрев в них протекает равномерно, а продукты готовятся быстрее. Это обуславливает высокую популярность изделий в быту. Потребность в чистке медных предметов обусловлена утратой ими внешней привлекательности со временем. Особенно быстро тускнеют и теряют естественный цвет изделия, находящиеся на воздухе или часто нагревающиеся.
Окисная пленка – патина – популярна лишь там, где требуется придание вещам винтажного облика, стилизация под старину. В противном случае она портит вид посуды, утвари, украшений и статуэток. Чтобы устранить оксидный налет, элементы потемнения и вернуть блеск, придется периодически чистить предметы. Также очищение требуется для исключения попадания в еду вредных соединений, которые могут присутствовать в черном или зеленом слое.
Эффективные методы очистки меди
Провести чистку медных предметов несложно, для этого не понадобятся дорогостоящие средства. Вот самые популярные методики, применяемые в домашних условиях:
Чистка монет из меди
Медные монеты представляют собой антиквариат, и в наше время не выпускаются. Нередко их приходится чистить, чтобы вернуть привлекательный вид. Если монета контактировала со свинцом, налет на ней может быть желтоватым. В таком случае он прекрасно очищается столовым уксусом (9%). Зеленый налет убирают раствором лимонной кислоты (10%) или соком лимона, коричневый – аммиаком, углекислым аммонием.
Нужно помнить, что порой слой патины придает монетам более благородный и винтажный вид, поэтому удалять его желательно не всегда. Некоторые, напротив, стараются искусственно состарить деньги домашним способом. Для этого надо взять литр дистиллированной воды, 5 г аптечной марганцовки, 50 г медного купороса. Раствор нагреть, не кипятя, бросить в него монеты, оставить до достижения нужного оттенка. Для закрепления эффекта высохшие деньги обработать смесью бензола и спирта (1:1). После монеты обретут красивый состаренный облик и смогут украсить любую коллекцию предметов антиквариата.
Коррозия меди
Медь относится к категории материалов, которые подвергаются коррозии при воздействии агрессивных сред. В результате происходит порча материала, постепенное разрушение и потеря нормальных эксплуатационных качеств.
Во многом особенности процесса и его динамика могут отличаться в зависимости от среды, температурных условий и других характеристик.
Рассмотрим, в каких средах материал начинает портиться быстрее всего и как дополнительно защитить его от процесса ржавения.
Особенности разных видов агрессивных сред
Тип повреждений и скорость коррозии меди напрямую зависят от того, в какой атмосфере она находится. Даже самые качественные материалы не могут выдержать на протяжении длительного времени под сильным агрессивным воздействием.
Далее опишем основные виды сред и их воздействие на материал.
Медные детали могут использоваться в различных вариантах водных сред. Меняется состав жидкости, скорость ее движения и другие важные характеристики.
Основной параметр, влияющий на интенсивность протекания процесса – наличие на поверхности материала уже успевшей сформироваться оксидной пленки.
Есть несколько параметров, влияющих на протекание процесса в водной среде:
Иногда разрушение может стимулироваться и неожиданными катализаторами. Один из них – прохождение воды через сильно изношенные коммунальные сети. Если в воде большое количество железа, есть большой риск начала электрохимического процесса.
Стоит также обратить внимание на то, какие материалы располагаются рядом с медными изделиями в условиях высокой влажности.
Среди наиболее опасных – алюминий и цинк.
Универсальным решением для проблемы использования труб в коммунальных сетях, становится применение в процессе их изготовления луженой меди. В этом случае изнутри труба покрывается оловом.
Стоимость производства становится выше, но процесс окупает себя за счет увеличения продолжительности использования без замен.
Атмосферное воздействие
Этот тип материала – один из наиболее стойких среди всех представленных на рынке, когда дело доходит до применения на открытом воздухе.
Главное свойство материала в таком случае – возможность постепенного появления оксидной пленки (патины). Именно патина становится естественным защитным покрытием, которое ограничивает контакт такого вида сырья со множеством типов потенциальных окислителей.
Таким образом достигается аналогичный цинкованию эффект, но без использования дополнительных примесей и составов.
По причине склонности к патинированию, можно свободно использовать медь на открытом воздухе. Этим часто пользуются архитекторы, когда нужно обеспечить покрытие кровли, создание малых архитектурных форм и решить другие вопросы в рамках комплексного благоустройства.
Скорость появления патины может отличаться в зависимости от климатической зоны, средних температур и других особенностей.
Вероятность негативного воздействия атмосферы увеличивается в том случае, если в воздухе много посторонних примесей. Особенно часто начинает развиваться коррозия в местах, где в воздушной среде рассеяно много хлоридов и сульфидов.
Почва
При ответе на вопрос о том, может ли медь ржаветь, когда изделие помещается в почву, важно учитывать главный параметр грунта – рН или степень щелочности.
Чем она выше, тем больше будет кислотность. Так как кислоты негативно влияют на состояние меди и запускают процесс коррозии, лучше не использовать материал в сильно щелочных грунтах.
Еще один потенциальный фактор опасности – большая концентрация грунтовых микроорганизмов.
Проблем связана с тем, что в процессе своей жизни они выделяют сероводород.
Это еще одно вещество, которое негативно влияет как на саму медь, так и на ее многочисленные сплавы.
Обычно при контакте с негативными факторами грунта, на поверхности материала начинают накапливаться продукты коррозии. Они наслаиваются друг на друга, пленка может становиться рыхлой, неоднородной.
Потому если в атмосфере на материале возникает благородная патина, то в почве структура сильно отличается. Чаще всего – это крупные слоистые твердые наросты.
Интересная особенность меди заключается в том, что даже если она провела в земле много лет, большинство продуктов окисления можно удалить механическим или химическим методами.
Может ли ржаветь луженая медь
Выше отмечалось, что одним из средств борьбы с коррозией медных труб становится использование процесса лужения – нанесения на внутреннюю поверхность слоя олова. Но важно понимать, что для металлического изделия это не панацея.
Само оловянное покрытие становится анодом. Это значит, что по отношению к меди у него более отрицательный потенциал.
Главное условие защиты от ржавения заключается в том, чтобы на оловянном слое не было трещин и иных дефектов. Если они все-таки появляются, коррозия меди на воздухе протекает намного быстрее.
В каких средах можно и нельзя использовать медь
При правильной обработке, материал прослужит без коррозии более 100 лет. Но важно понимать, где медь будет устойчива к катализаторам коррозии, а где есть большой риск ее появления.
Безопаснее всего применять материал на открытом воздухе и в пресной воде, вне зависимости от степени охлаждения или нагрева. В морской воде материал также долго остается неповрежденным и сохраняет свои эксплуатационные характеристики.
Также можно не беспокоиться за сохранность медной детали, если в окружающей среде нет сильных окислителей.
Опасность потенциально может появляться в том случае, если в почве, воде или воздухе есть много сероводорода, присутствует угольная кислота, соли тяжелых металлов, амины.
Когда вода сильно аэрирована, также возникает значительная опасность ударной коррозии и других видов постепенного разрушения.
Потому при покупке такого материала очень важно понимать, где вы будете использовать медное изделие, и какие внешние угрозы будут действовать на него в процессе эксплуатации.
О важности чистки
Чтобы продлить срок использования вашего изделия, его нужно регулярно чистить.
Постепенно большинство типов бытовых приборов и других материалов могут потерять товарный вид и потускнеть из-за образования оксидной пленки.
Это красивое средство для состаривания посуды или других видов изделий, но многим присутствие патины не нравится.
Есть несколько наиболее распространенных методов очистки, помогающих снять патину и оставить основной материал без повреждений:
И это только часть методов, которые можно применять для борьбы с патиной.
Как защитить медь от коррозии
Существует множество средств, которые позволяют уменьшить вероятность появления коррозии в различных средах. Среди них такие, как:
Учет стандартных требований по использованию медных изделий позволит значительно увеличить срок их службы и не допустить проблем с возникновением коррозии.