Как защитить медь от окисления

Состав для защиты меди и ее сплавов от окисления при нагреве

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Республик а с фф

// » к%. ° (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 1902р1 (23) 32423901/22-02

С 21 0 1/70 с присоединением заявки ¹â€”

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 3007.82, Бюллетень ¹28

Дата опубликования описания 300782 (33 1 УДК 6 21 . 78 . .06(088.8) В.В. Войнова, Е.И. Могилевский, В.Н. Антропов, — —И.Ш. Верин и Л.Г. Р!евалдыкина

Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструк Форский и технологический институт кабельной промышленности и Московский вечерний металлургический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявители (541 СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕДИ И ЕЕ СПЛАВОВ

ОТ ОКИСЛЕНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ

Изобретение относится к термообра ботке металлов и может быть использовано при производстве изделий иэ электротехнической меди и ее сплавов.

Медь при нагреве, окисляясь, покрывается толстым слоем окалины, которая по своим свойствам — твердостью и хрупкостью — резко отличается от основного металла. Часть окалины в процессе деформации разрушается и удаляется, при этом образуются потери меди в окалину. Оставшиеся на поверхности проката частицы окалины многократно закатываются и внедряются в тело деформируемого металла,. неизбежно образуя поверхностные и внутренние дефекты (плены и закаты). Наличие дефектов, возникающих из-за закатывания окалины, резко снижает технологичность катанки при последующей переработке на проволоку, особенно на стадии тончайшего волочения. Причем чем больше толщина поверхностной окалины, тем более ее пагубное влияние на качество катанки и тем значительнее потери меди в окалину и в отходы при тончайшем волочении.

В настоящее время для уменьшения окисляемости электротехнической меди применяют специальное печное оборудование, например печи с беэокислительным нагревом. Нагрев металла в вакууме .также предотвращает его окисление Для быстрого нагрева используют индукционные печи. Однако эксплуатация йечного оборудования, предназначенного для уменьшения окисленности, не всегда эффективна, является сложным и дорогим производством, требует больших затрат.

Наиболее эффективной защитой от окисления является нанесение покрытий. В настоящее время разработан ряд высокотемпературных покрытий.

Однако известные неорганические покрытия при нагреве спекаются с поверхностью металла-и образуют поверхностные межфазные слои, которые трудно поддаются удалению. При прокатке металла, обработанного таким составом, спекшийся слой закатывается в тело проката, неизбежно, еще в большей степени, загрязняя по- верхность окислами и различными примесями, значительно снижающими злектропроводность меди.

Известен защитный состав при на греве меди и ее сплавов, содержащий оксид бора. Он обеспечивает при

Содержание компонентов, вес.Ъ

Оксил бора Глицерин Полиглицерин

75 нагреве значительное уменьшение ока- линообразования, при этом не образует боросодержащих соединений с медью.

В этом составе присутствует кислородосодержащий углеводород (например, сахароза в виде патоки), при следующем соотношении компонентов (1), вес.%:

Оксид бора 15-40 t0

Однако данный состав при нанесении на металл недостаточно технологнчен вследствие неполной смачиваемости неравномерного распределения поверхности, особенно на вертикальных плоскостях слитка, и поэтому требует для образования сплошного слоя неоднократного окунания металла в состав и подсушки покрытия теплым воздухом, что приводит к непроизводительному расходу состава и дополнительным затратам времени и труда.

Цель изобретения — повышение технологичности и уменьшение расхода состава.

Поставленная цель достигается тем, что состав для защиты меди и ее. сплавов от окисления при нагреве, содержащий оксид бора и кислородосодержащий углеводород, в качестве кислородосодержащего углеводорода содержит смесь глицерина и полиглицерина при следующем соотношении компонентов, вес.%г 35

Оксид бора 10-20

3а счет введения смеси глицерина и полиглицерина повьзаается техноло- 40 гичность и уменьшается расход состава. Достаточно одного окунания металла в предлагаемый состав, после чего слиток готов к последующей технологической операции — нагреву в печи.

В табл. 1 приведены составы, опробованные в лабораторных условиях.

Технология изготовления предлагаемого состава следующая. В нагретую до 80-90 С смесь глицерина и полигли-50 церина вводят оксид бора, после его полного растворения состав готов к использованию.

Методом однократного окунания слиток обрабатывают в составе и затем подвергают нагреву. Нагрев опытных слитков осуществляется в лабо раторной и производственных печах.

Температура нагрева в печи 800 С.

Применение состава-прототипа для защиты меди требует многократного окунания ее в состав.

Предлагаемый состав не позволяет полностью отказаться от травления меди после нагрева (как и в случае применения состава-прототипа). Од- нацр время травления меди также

Сокращается в 3-4 раза и требуется значительно меньшая концентрация травильного раствора (q 2-4 раза), по сравнению с действующей производственной технологией травления.

После травления, промывки и сушки опытные слитки взвешивают с точностью до +0,1 r.

В качестве параметра, определяюще-. го эффективность состава, принимают потери меди .в окалину (д Р), т.е. изменение веса меди до и после нагрева и травления (P=P -Р ), где Р— вес слитков до нагрева;

P — вес слитков после нагрева и травления.

Результаты испытания приведены в табл. 2. Для сравнения потери в окалину при нагреве меди без защитного покрытия принимают за 100%.

После нагрева и травления медные слитки прокатывают и проволочивают на проволоку диаметром 0,5- 0,8 мм.

Состояние поверхности проволоки и величина электросопротивления находятся в пределах допустимого и соответствовали ГОСТ 2112-79 “Проволока медная круглая электротехничес” кая”.

Защитные свойства предлагаемого состава и состава-прототипа идентич-. ны и потери меди в окалину в 7-10 раз меньше по сравнению с контрольными образцами.

Преимущества предлагаемого состава состоят в лучшей технологичности и в уменьшении его расхода.

Читать еще:  Чистка меди в домашних условиях

В табл. 3 представлены результаты сравнения по технологичности предлагаемого состава.и известного.

Помимо защитных свойств, предлагаемый состав вследствие хорошей смачиваемости не требует дополнительных операций по окунанию и подсушки, при этом значительно свкращается время обработки, повышается произво-. дительность оборудования и снижается расход состава в 2-5 раз.

Т а б л и ц а 1

Продолжение табл. 1 ие компонентов, вес.Ъ

Удельное электросопротивение, Ом мие м

Р ср ° Р2. c p i г г до нагрева после нагрев

Как защитить медь от окисления

Пользователь
Регистрация: 11.06.2007
Откуда: Москва

Сообщений: 41
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Пользователь
Регистрация: 07.06.2007
Откуда: Санкт-Петербург

Сообщений: 609
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Пользователь
Регистрация: 11.06.2007
Откуда: Москва

Сообщений: 41
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Пользователь
Регистрация: 07.06.2007
Откуда: Санкт-Петербург

Сообщений: 609
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Пользователь
Регистрация: 11.06.2007
Откуда: Москва

Сообщений: 41
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Цитата
Конечно шутка. Бецветного оксидного покрытия для медных сплавов не существует. Иначе бы у нас памятники не зеленели. В клокольный сплав и для пушек добавляют в сплав некоторые секретные добавки.

И что – добавки помогают ? Химические элементы ?
В чем ныне (после изобретения масс-спектрометра способного выдать элементный состав любого материала со сверхвысокой точностью) их секретность ?

“Готовая итальянская бронза” надо сказать достаточно устойчива к потемнению, но к сожалению залапанная все равно темнеет и даже очень. Природу не обманешь . Серебрить. мелочь невыгодно абсолютно

Пытался найти решение вопроса – не удалось. Лаком крыть. как-то “некруто”, тогда уж из ЦАМа делать и сверху красочкой . Но это уже лажа какая-то получится
Впрочем, если кто достучится до специалиста, и поделится информацией, то попробуем конечно и лаки.

Пользователь
Регистрация: 26.06.2006
Откуда: ekb

Сообщений: 108
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Цитата
В чем ныне (после изобретения масс-спектрометра способного выдать элементный состав любого материала со сверхвысокой точностью) их секретность ?

Пользователь
Регистрация: 07.06.2007
Откуда: Санкт-Петербург

Сообщений: 609
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Цитата
глупость написали
ну получите вы количественный состав, а качественный как определите?

Пользователь
Регистрация: 26.06.2006
Откуда: ekb

Сообщений: 108
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Пользователь
Регистрация: 07.06.2007
Откуда: Санкт-Петербург

Сообщений: 609
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Цитата
сорри! пьяный был.
конечно наоборот. только это и так понятно.
или Вы согласны с идеей пользоваться масс-спектрометром для раскрытия секретов добавок?

Пользователь
Регистрация: 26.06.2006
Откуда: ekb

Сообщений: 108
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Пользователь
Регистрация: 07.06.2007
Откуда: Санкт-Петербург

Сообщений: 609
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Цитата
так о том и речь.
я и сказал, что товарищ SP глупость написал про масс-спектрометр. состав и методика приготовления растворов, сплавов и пр. – вещи наиважнейшие.
короче, люди далекие от химии часто несут какую-то околесицу, поэтому надо мягче к ним относится

Пользователь
Регистрация: 11.06.2007
Откуда: Москва

Сообщений: 41
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Пользователь
Регистрация: 07.06.2007
Откуда: Санкт-Петербург

Сообщений: 609
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Цитата
Ммм. Я вроде не про масс-спектрографы спрашивала.

Пользователь
Регистрация: 07.06.2007
Откуда: Санкт-Петербург

Сообщений: 609
В друзьях у: 0
Голосов: 0 / 0

Что вы так насели на утверждение о том, что элементный состав можно определить я прям не знаю, ведь можно .
Как этим потом пользоваться дело десятое.

Немярно крутые химики со стажем, которые ищут к
чемуб докопаться дальше могут не читать, чего свое
время тратить. и нервы у вас целее будут и форум у нас
чище

Цитата
Цитата
сорри! пьяный был.
конечно наоборот. только это и так понятно.
или Вы согласны с идеей пользоваться масс-спектрометром для раскрытия секретов добавок?

В народе бытует мнение о том, что масс-спектрометром можно определить все что угодно и в чем угодно. Теоретически – это так. На практике у него, как и у любого другого метода существуют свои ограничения.

Абсолютно с вами согласен, ничего идеального не бывает.
Однако есть большое сомнение в том, что нужна высокая точность.
Ее не могли обеспечить 200-300-500 лет назад. Или могли ?
По работе имел дело с измерительными приборами используемыми при варке стали (впрочем не как пользователь), создалось стойкое впечатление, что элементный состав получить можно и очень точный.
Такой точный, что фиг я так точно сварю в маленькой мастерской.

Цитата
Но определить качественно-количественный состав – еще полдела. Важно знать фазовый состав. А фазовый анализ – это вам не хухры-мухры.
И это еще не все. Досконально зная состав, не факт, что вы сможете его воспроизвести. Для металлургии большое значение имеет способ приготовления сплава.

И опять-таки абсолютно с вами согласен.
Загвоздка именно в приготовлении, а не в элементном составе.
Именно поэтому и был вопрос, “в чем секрет ?”, полагаю, что
добавки к бронзе доступные 300-500-1000лет назад были
весьма ограничены по номенклатуре.

Цитата
Короче, над раскрытием состава можно работать не один год, дешевле приобрести патент или сам сплав у производителя.

Можно. Согласен. Где ?
Где приобрести нетемнеющую бронзу ?
Все, что пробовал фирменные все равно темнеют, хоть тресни.
Может что не так делаю ?

Опять-таки в свете секретов старых мастеров, можно конечно купить и их, если производитель еще жив. Я так понимаю речь шла об вполне исторических секретах. Кто тут из производителей какой-нибудь царь пушки в очереди первый свой секрет продавать ? (оставим за бортом необходимость отколоть от нее кусочек .

Современные сплавы и материалы очень сложны и их анализ действительно подчас бессмысленное дело, однако лично у меня
есть суровое сомнение в том, что 500-1000лет назад было подобное
сегодняшнему обилие материалов, скорее всего сплавы были не в пример проще, впрочем вам оно виднее.
С другой стороны и непотемневшей бронзы я что-то по музеям не видел . Вы видели ? Она бывает ?

Как протекает коррозия меди в воде, щелочи, кислоте. Меры защиты.

Коррозия меди не так известна как коррозийные воздействия на железо. Однако механизмы воздействия на структуру металла схожи. Это спонтанное разрушение при воздействии различного типа агрессивных сред. Однозначно сравнивать понятие ржавчина с коррозией меди нельзя. Коррозия любого металла связана с термодинамической неустойчивостью при влиянии активных элементов, которые находятся в воздухе. Скорость коррозии меди непосредственно будет зависеть от температурных колебаний. Если увеличить ее на 100 градусов, то темп возрастает в 2-3 раза. Далее рассмотрим, как протекает коррозия медных сплавов и как защитить их от окисления в различных средах размещения.

Коррозийные свойства

В связи с отсутствием у меди химической активности, при контакте с водой, влажным воздухом ее коррозия практически не возникает. Находясь в сухом воздухе, у металла может образовываться небольшая оксидная пленка толщиной до 50 нм. Если изделие лужено, то пленка почти не образовывается. Качественное покрытие из олова способно надежно защитить от влаги, перепадов температуры. При этом продолжительность эксплуатации такого предмета может составлять до 100 лет без потери первоначальных свойств. С течением времени цвет не будет изменяться. Применение луженных поверхностей давно показало себя с лучшей стороны. Примером могут стать купола множества храмов.

В связи с высоким порогом коррозийной стойкости медь активно применяется во многих химических и электрохимических производствах. К примеру, процесс обмеднения металла помогает решить множество задач при обработке. В одной из прошлых статей, мы рассматривали процедуру в домашних условиях, рекомендуем ознакомиться.

Влияние воды

Коррозия меди в воде и скорость протекания процесса будет зависеть от наличия оксидной пленки и объема растворенного в ней кислорода. Как правило, протекает ударный или точечный процесс. При этом скорость будет тем быстрее, чем большее количество кислорода содержится в воде. Также негативно будет влиять жидкость с содержанием ионов хлора и низким уровнем pH.

В общем сопротивление поверхности коррозийным воздействиям достаточно высоко, чему способствует наличие оксидной пленки, не позволяющая разрушающим элементом проникать в структуру металла. Слой оксида будет возникать при нахождении металла более 2 месяцев постоянного пребывания в воде. Оксидное покрытие может быть двух типов:

  • · Карбонат – зеленого оттенка. Принято считать наиболее прочным.
  • · Сульфат – темного цвета. Обладает рыхлой структурой и меньшей прочностью.

Металл часто используется при производстве различных трубопроводов. Однако, если протекающая по ним жидкость имеет контакт с алюминием, цинком, железом, то она значительно ускоряет их коррозию. Чтобы это предотвратить и защитить медь от коррозии опять же проводится лужение оловом.

Влияние кислоты и щелочи

Коррозия меди в кислых средах менее выявлена. Наиболее сильным будет влияние азотной и серной кислоты. Если поместить в концентрат этих кислот, то она способна полностью растворяться. Эти особенности учитывают, выбирая сплавы, для элементов и трубопроводов в нефтегазовой промышленности.

В щелочной среде эффект вообще не наблюдается, так как щелочь позволяет восстановиться меди с 2-валентного до 1-валентного состояния. При этом стоит вспомнить, что она сама является щелочным металлом.

Защита от окисления и коррозии при влиянии кислот осуществляется ингибиторами – веществами, замедляющими химическую реакцию. Можно выделить следующие типы:

  • · Экранирующий – формируют защитные плетки и исключают возможность контакта с кислотами.
  • · Окислительный – происходит образование оксида, вступающего в реакции с кислотами, тем самым препятствуя их проникновению к структуре металла.
  • · Катодный – предназначен для повышения перенапряжения катодов раствора благодаря чему химические реакции снижают свою интенсивность.

Как правило, коррозию меди в кислых средах предотвращают экранирующим типом ингибиторов. Наиболее распространен бензотриазол, который совместно с соляными образованиями меди формирует защитную оболочку, замедляя скорость коррозии или практически полностью ее прекращая.

Нахождение в почве и влажном воздухе

Коррозия меди в почве, в основном, вызывается влиянием кислот, которые содержатся в грунте. Если сравнить с воздействием воды, то кислород в грунте значительно меньше окисляет металлические элементы. К наиболее опасным в почве относятся микроорганизмы, вернее, их выделения. Зачастую они способны выделять сероводород, разрушающий металл. Так, медь длительно пролежавшая в почве способна полностью разложиться.

Во влажном воздухе процесс протекает не стремительно. Необходимо длительное время. В сухом климате можно вообще не наблюдать разрушительных влияний. Объясняется это тем, что во влажном воздухе высока концентрация углекислого газа, сульфидов, хлоридов, вызывающих коррозию и разрушительных для защитной пленки.

Длительное пребывание на влажном воздухе способно вызывать образование слоя патины. Так называется зеленый налет на меди. Она представляет собой оксиды солей, которые на начальном этапе темно-коричневого цвета, а затем поверхность начинает зеленеть. Особенностью патины является то, что ее невозможно растворить в воде и на нее не действует повышенная влажность воздуха. Она имеет нейтральные свойства к самой меди, что позволяет ей защищать поверхность от пагубного влияния окружающей среды. Кроме этого современные методы создания искусственной патины позволяют ее использовать в предметах искусства и при реставрации.

Посмотрите личный опыт борьбы с коррозийными очагами с помощью ингибиторов.

Коррозия алюминия, меди и латуни – изучаем причины и защитыные меры

Возможна ли коррозия алюминия, меди и иных цветных металлов или их сплавов? Принято считать, что они менее чувствительны к разному виду разрушения. В принципе, так оно и есть, однако это вовсе не означает, что эти материалы не нуждаются в дополнительной защите. Ниже будет приведена общая информация не только о том, что собой представляет столь губительная коррозия, но и как предотвратить ее.

1 Что такое коррозия металлов и сплавов?

В целом этот процесс проявляется как разрушение материала в результате его взаимодействия с внешней средой. Причем ему подвержены как металлы, так и неметаллы (керамика, дерево, полимеры и т. д.). Сюда же мы можем отнести и старение резины, и разрушение пластика. Что же насчет металлических сплавов, так в этом случае наиболее явным примером коррозии является всем известная ржавчина.

Основной причиной данного явления служит недостаточная термодинамическая устойчивость того либо иного материала к каким-либо веществам, которые мы можем обнаружить в контактирующей среде. Так, например, резиновые покрытия портятся из-за взаимодействия с кислородом, полимеры разрушаются после многочисленных контактов с атмосферными осадками, а на большинство металлов и их сплавов губительно влияет чрезмерная влажность. Кроме того, значительно на скорость протекания процесса влияет и температура окружающей среды, в основном, чем данный параметр выше, тем скорее осуществляется разрушение.

2 Коррозия меди и других цветных металлов – признаки и особенности

Вообще коррозия алюминия и многих его сплавов встречается достаточно редко, а все благодаря особенностям данного металла – он способен пассивироваться в различных агрессивных средах. Другими словами, он переходит в пассивное состояние, так, например, при взаимодействии с воздухом на его поверхности образуется оксидная пленка, выполняющая защитные функции. Причем в зависимости от условий толщина пассивного слоя может быть различной.

Также пленка устойчива и к воздействию влаги, а вот в кислой среде нет однозначного ответа, тут все зависит от вида кислоты. Таким образом, изделия из алюминия практически не боятся ни азотной, ни уксусной (при нормальной температуре), а вот щавелевая, серная, муравьиная и соляная губительно влияют на металл. Но особенно этот материал боится щелочной среды, так как при воздействии данного вещества разрушается оксидная пленка алюминия.

Теперь рассмотрим, в каких случаях встречается коррозия меди и содержащих ее сплавов. Этот металл разрушается при взаимодействии с серой и разными ее соединениями. Также она боится окислительных и некоторых аэрированных неокислительных кислот, солей и тяжелых металлов. Что же насчет водной среды, так в этом случае все зависит от того, насколько она насыщена кислородом, чем его содержание больше, тем скорее происходит разрушение.

Признаки коррозии латуни выражаются в основном в растрескивании (во влажной среде интенсивность повышается) и обесцинковании этого сплава, последнему же способствуют растворы, которые содержат ионы хлора. Также происходят данные процессы при взаимодействии материала с аммиаком, растворами различных кислот-окислителей и солей. Кроме того, губительными для латуни являются ртуть, оксиды азота, трехвалентное железо и медь. Еще одной причиной растрескивания могут послужить растягивающие напряжения.

3 Защита сплавов и способы остановить коррозию

Итак, немного узнав об особенностях разрушения цветных металлов, стоит уделить внимание вопросу, как остановить нежелательную коррозию алюминия, его сплавов и иных выше описываемых материалов. Безусловно, лучшим вариантом будет предупредить ее, но для этого необходимо знать некоторые нюансы.

Так, например, максимальной коррозионной стойкостью обладает сверхчистый алюминий, еще для работы с ним и его сплавами следует подбирать наиболее подходящую среду. Кроме того, защита может осуществляться и такими способами, как создание на поверхности изделия лакокрасочного покрытия, металлизация, шлифовка либо дробеструйная обработка, вследствие которых возникают остаточные напряжения сжатия.

Если же металл уже поражен, тогда нужно хорошенько очистить поврежденные участки и обработать их специальными антикоррозионными растворами, купить которые можно довольно легко практически на любом строительном рынке.

Что же насчет изделий из меди и ее сплавов, так и в этом случае меры борьбы практически такие же, как и в случае с алюминием. Условия эксплуатации, а именно pH среды, тут менее значимы, разрушение будет все равно в ощутимой степени. Действительно, произошла ли коррозия меди в сильно кислой среде или же какой-то другой, в любом случае элемент нуждается в тщательной очистке. Затем наносится защита, в качестве которой может выступать краска, лак, масло или же иной металл, такой как олово и алюминий. Метод, когда поверхность покрывают тонким слоем расплавленного олова, называется лужение.

Дабы предотвратить коррозию латуни в результате обесцинкования, в ее состав добавляют немного мышьяка, этот процесс называется легированием. Нейтрализовать же действие аммиака способны кислотные оксиды, однако с ними также нельзя переусердствовать. Кроме того, если речь идет об изготовлении латунных труб и иных изделий, то следует отказаться от таких операций, как безоправочное волочение, а также сборка с “натягом”, дабы избежать возникновения растягивающих напряжений. Таким можно представить краткое руководство по защите от коррозии алюминия, латуни, меди и их сплавов. Конечно, особенностей невероятное множество, но об этом лучше поговорить в отдельных статьях.