تآكل النحاس يعني تدهور النحاس بسبب الرطوبة, والتعرض للهواء. عادة, يتآكل النحاس, ويتحول إلى اللون الأسود( فيلم أخضر). استمر في القراءة لمعرفة المزيد عن تآكل النحاس.
هل يصدأ النحاس؟?
النحاس لا يصدأ مثل الحديد. يشير مصطلح الصدأ فقط إلى منتجات تآكل الحديد. نحاس, على الجانب الآخر, يتآكل ويشكل طبقة خضراء(باتينا). عمومًا, الزنجار هو كربونات النحاس CuCO₃. يتشكل عندما يتفاعل النحاس مع الهواء, والماء بعد التعرض لفترة طويلة. قد تبدو طبقة الزنجار غير جذابة, لكنه يخدم غرضًا وقائيًا. يمنع المزيد من التآكل للقاعدة(الكامنة) معدن. نتيجة ل, يمكن أن يخدم النحاس لفترة طويلة مع الحد الأدنى من الصيانة.
كيف يحدث تشكيل النحاس الزنجار?
يتفاعل النحاس مع الأكسجين الجوي لتكوين أكسيد النحاسوز. صدأ النحاس عبارة عن طبقة بنية محمرة من Cu2O. تتطور هذه الطبقة من خلال عملية التفاعل الكهروكيميائي مع الهواء. بينما يتحول الحديد إلى الصدأ, النحاس لا يتآكل, أو كما قال ببساطة, لا تصدأ, يتأكسد. يعمل الأكسجين على النحاس لمنع تكوين مركب يعرف باسم أكسيد النحاس. يمتلك هذا الأكسيد خاصية مختلفة عن خاصية أكسيد الحديد Fe2O3. أكسيد النحاس, على العكس من ذلك, لا يتآكل بالسرعة التي يتآكل بها الصدأ. إنه بمثابة حاجز يصبح أكثر سمكًا تدريجيًا مع تراكمه. أخيراً, تتغير هذه الطبقة إلى كربونات النحاس في هذه العملية. الطبقة العليا تعرف باسم الزنجار.
العوامل التي تساهم في تآكل النحاس
يمكن أن يتأثر تآكل النحاس بعدة عوامل. من الضروري جدًا معرفة تلك العوامل لتجنبها وتقليلها.
التعرض البيئي
يتسارع تآكل النحاس في المناطق ذات الملوحة, حرارة, والمواد الكيميائية المثيرة للجدل مثل الأحماض. تسبب هذه الظروف تفاعلًا كيميائيًا مع النحاس, مما يؤدي إلى إضعاف السطح وتعرضه لضرر أكبر من ذي قبل.
تأثيرات التيار الكهربائي
على الرغم من أن التيارات الكهربائية المباشرة والتيار المتردد يمكن أن ترفع معدل تآكل الأنابيب النحاسية. وكثيراً ما يتم دفن هذه الأنابيب تحت الأرض. يؤدي وجود فروق الجهد الكهربائي إلى تفاقم ظاهرة التآكل الموضعي.
التآكل الكلفاني
التآكل الجلفاني هو حيث يتفاعل النحاس مع مواد مختلفة. على سبيل المثال, فُولاَذ. مثل هذا التفاعل يعطي تكوين خلية كهروكيميائية. وهذا يستوعب معدل أسرع لتآكل النحاس لأن الموصلية ليست هي نفسها.
ظروف التربة العدوانية
كلوريدات, الكبريتات, ومركبات الأمونيا موجودة عادة في التربة. هذه المكونات الطبيعية يمكن أن تشكل خطرا كبيرا على تآكل النحاس. تعبئة هذه الظروف التربة العدوانية, إلى جانب احتباس الرطوبة, يؤدي دائمًا إلى فقدان شديد للتآكل بمرور الوقت.
الاتصال الحمضي
يشكل وجود الأحماض العضوية وغير العضوية تهديدًا كبيرًا لجودة النحاس. تمر هذه الأحماض عبر طبقة الأكسيد وتستمر في تدمير المادة بمعدل أسرع. س
التعب التآكل
يحدث التعب بسبب تقلبات الإجهاد التي تحدث في المواد النحاسية. يؤدي التدفق السريع للسوائل والتقلب في درجات الحرارة إلى تعزيز التآكل الموضعي الذي يميل إلى التسبب في فشل مبكر للمادة.
التعرض للأكسجين
ومن المرجح أن تزداد معدلات أكسدة الأسطح النحاسية مع ارتفاع مستويات الأكسجين في الغلاف الجوي. يؤدي هذا إلى تسريع تكوين المركبات المسببة للتآكل عن طريق تدهور السلامة الميكانيكية السيئة بالفعل للمعدن في نفس الوقت.
أنواع تآكل النحاس
يمكن للنحاس أن يتآكل بشكل ملحوظ بطرق معينة. ويتأثر كلا النوعين بالظروف البيئية والكيميائية.
التآكل الموحد
يحدث التآكل المنتظم تدريجيًا على السطح ويؤثر على مساحة السطح بأكملها بالتساوي عند نقطة زمنية واحدة. يؤدي هذا النوع غالبًا إلى انخفاض تدريجي في سمك المعدن. إنه أمر شائع بشكل خاص حيث يتعرض النحاس للرطوبة. تزيد الظروف الحمضية أيضًا من معدل عملية التحلل المنتظمة مع الألياف.
تأليب التآكل
يؤدي التآكل الحفري إلى تكوين حفر على سطح النحاس. بشكل رئيسي, يتم استفزازه بواسطة أيونات مثل الكلوريدات ذات التأثير العدواني. يمكن أن تصبح هذه الحفر عميقة للغاية إلى درجة يمكن أن تتحقق فيها السلامة الهيكلية للحفر. عادة ما يتفاقم التآكل الناتج عن وجود المياه الراكدة.
تآكل الشقوق
يحدث تآكل الشقوق في المساحات الضيقة والفجوات الضيقة. تسمح الحالة بتكوين حلول ثابتة, وتحديد صراحة وصول الأكسجين. في مثل هذه الظروف, تتراكم العوامل المسببة للتآكل في النظام. نتيجة ل, يحدث هجوم التركيز مما يؤدي إلى تآكل موضعي. يحدث بشكل شائع حول السحابات, الحشيات, ومفاصل الأنابيب.
التآكل الكلفاني
التآكل الجلفاني هو مرحلة يواجه فيها النحاس أنواعًا أخرى من المعادن. يطور الاتصال خلية كلفانية في وجود المنحل بالكهرباء(حل موصل). المعدن الذي يتمتع بتفاعلية أعلى يتآكل بوتيرة أسرع. لكن, يجب ملاحظة أن النحاس يمكن أن يتآكل محليًا, مما سيقلل من طول المادة المفيدة.
إزالة الزنك
يحدث إزالة الزنك فقط في النحاس. النحاس عبارة عن خليط (سبيكة) من النحاس والزنك. أثناء إزالة الزنك, أحد الأزواج أو المكونات, يُنظر دائمًا إلى عناصر الزنك وهي تتفكك. وينتج عن هذا بنية مسامية من النحاس وهي أضعف نسبيًا من البنية الأولية. يعتبر إزالة الزنك أمرًا غير مرغوب فيه بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب درجة عالية من الأداء الميكانيكي.
التآكل الحبيبي
يحدث التآكل بين الحبيبات عند حدود الحبوب في النحاس. ينشأ هذا النوع عادة من عمليات المعالجة الحرارية غير الكافية أثناء الإنتاج. ويمكن أيضًا تشجيعه من خلال التعرض لظروف تآكل معينة كما هو موضح أعلاه. يمكن أن يؤدي إضعاف المادة إلى فشل كارثي.
تكسير التآكل الإجهاد
تكسير التآكل الإجهادي هو منتج إجهاد وعامل تآكل على سطح المادة. يشكل بعض الفتحات الصغيرة في مادة النحاس, يشار إليها عادة باسم التمزقات. عادة, الأمونيا تساهم في هذه المشكلة. علاوة على ذلك, درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تؤدي أيضًا إلى مشاكل الكسر.
تتميز الأشكال المختلفة لتآكل النحاس بصعوبات وعمليات مختلفة. وهذه جوانب يتعين علينا أن نأخذها في الاعتبار - ونفهمها - حتى نعرف كيفية المضي قدماً في مسألة الوقاية. يتأثر التآكل بشكل رئيسي بالعوامل المادية, والخصائص الكيميائية لسبائك النحاس, الظروف البيئية, والضغوطات المبذولة.
أمثلة على السبائك المقاومة للتآكل
نحاس ألومنيوم: هذه السبائك محصنة ضد التآكل الناتج عن الاصطدام, وخاصة في تطبيقات المياه المالحة عالية السرعة.
برونز الألومنيوم: وقد تم استخدامه على نطاق واسع لقدرته على مقاومة الهجمات الكيميائية, وخاصة من حلول الكبريتيت.
سبائك النحاس والسيليكون: توفر هذه السبائك مقاومة عالية للتشقق الناتج عن الإجهاد والتآكل مقارنة بالنحاس التقليدي.
فضة النيكل: إنها تميل إلى توفير مقاومة ممتازة ضد التآكل الناتج عن المياه العذبة والبحرية.
خاتمة
في ملخص, من الضروري الحفاظ على النحاس وفهم كيفية تآكله. يظهر التآكل في أشكال عديدة, تتراوح من تشكيل شق إلى طبقة الزنجار. كلاهما موحد, تأليب, ويمثل التآكل الجلفاني أنواعًا محددة من التآكل ويتطلب تدابير محددة للتخفيف منها. بهذا, يمكننا تحديد ما يؤدي إلى التآكل ثم العمل على كيفية تجنبه. على العموم, إن المعلومات المتعلقة بآلية تآكل النحاس لا تساعد فقط في الحفاظ على الهندسة المعمارية والآثار الرائعة. أيضًا, فهو يساعد على زيادة كفاءة استخدام النحاس في المجالات المختلفة.
الأسئلة الشائعة
س1. ما هو تآكل النحاس, وأسبابه?
يشير تآكل النحاس إلى فقدان خصائص المواد. يرجع النحاس إلى الفعل الكيميائي لبيئته حيث يتوزع مكوناته تحت تأثير الرطوبة والهواء. تشكل العملية طبقة صدأ خضراء على السطح المعدني.
Q2. كيف يتشكل الزنجار على مادة النحاس?
يتشكل الزنجار النحاسي عندما يتأكسد النحاس بالأكسجين, ثاني أكسيد الكربون, والرطوبة. تساعد الطبقة الإضافية من الزنجار على منع حدوث المزيد من التآكل, جزء أساسي من قدرة النحاس على التحمل في الهواء الطلق.
س3. هل يمكن منع تآكل النحاس?
نعم, وتشمل التدابير الوقائية تطبيق الدهانات المضادة للتآكل, استخدام مثبطات التآكل, وتوفير الصرف المناسب لتقليل الظروف. تشمل الإجراءات الوقائية الأخرى غسل النحاس, والتلميع لتحسين مظهر وطول عمر سطح النحاس.
س 4. كيف يؤثر تآكل النحاس على قطاع البناء?
عندما يتآكل النحاس فإنه يمكن أن يضعف الهياكل في مجالات مثل السباكة والأسقف. لذلك من المهم فهم التآكل والتحكم فيه لإطالة عمر وسلامة هياكل الأجزاء.
