Медь — это широко используемый металл, обладающий уникальным сочетанием свойств, таких как пластичность, ковкость и высокая электропроводность. Как и любой другой металл, медь подвергается процессу разложения или окисления, который сопровождается как физическими, так и химическими изменениями.
Давайте подробнее рассмотрим коррозию меди.
Коррозия — это естественный процесс, который происходит при взаимодействии металлов с атмосферой, химикатами или другими специфическими условиями. Это приводит к изменению внешнего вида металла, а также к ухудшению его механических свойств и снижению прочности конструкции. В ходе электрохимической реакции с окружающей средой на поверхности меди образуется красно-коричневый слой оксида меди (I).
Ржавчина появляется, когда металлические сплавы, содержащие железо, подвергаются окислению. Однако медь — это цветной металл, не содержащий железа. Поскольку наличие железа обязательно для образования ржавчины, медь не ржавеет — она именно корродирует или окисляется, когда молекулы кислорода оседают на поверхности и соединяются с атомами меди, формируя оксид меди.
В отличие от оксида железа, оксид меди не разрушается со временем. Он образует защитную пленку на поверхности меди, которая постепенно утолщается и превращается в карбонат меди. Этот новый слой, называемый патиной, служит щитом, оберегающим внутреннюю, неиспорченную медь. Более того, повреждённая патина способна к самовосстановлению.
Коррозия меди — медленный процесс, особенно в чистых, не загрязнённых средах. Поэтому требуется месяцы или даже годы, чтобы поверхность потускнела, постепенно стала тёмно-коричневой или чёрной, а затем обрела характерный сине-зелёный оттенок.
Формирование патины можно ускорить искусственно, ведь для некоторых применений желателен определённый внешний вид, а ждать естественного процесса нет времени. Это достигается обработкой поверхности меди различными химическими веществами или коррозионными агентами, такими как нитрат железа, тиосульфат натрия и сульфид калия. Используя разные методы, а также изменяя температуру и влажность, можно получить разнообразные оттенки и цвета.
В ряде случаев эффективность изделий из меди максимальна только при отсутствии патины и чистой поверхности. Примером могут служить медные провода, которые обеспечивают максимальную электропроводность без патины. Покрытие воском, полировка и специальные растворы защищают медь от коррозионных агентов, препятствуя окислению и потемнению.
Существуют определённые условия, которые способствуют или ускоряют коррозию меди. К ним относятся:
Отличный пример коррозии меди — это Статуя Свободы в Нью-Йорке. Установленная в 1886 году, изначально статуя имела блестящий коричневый цвет, но примерно за 10 лет под воздействием окружающей среды и воды цвет изменился на сине-зелёный, образовав патину. Еще через 15 лет патина полностью покрыла поверхность.
Были даже политики, предлагавшие вновь покрасить статую в блестящий коричневый цвет, но широкая общественность категорически не поддержала эту идею. Сегодня сине-зелёный цвет статуи любим всеми. Некоторые высказывали мнение, что статую стоит полировать каждые 50 лет, чтобы каждое поколение могло наблюдать процесс потемнения и смены оттенков. Однако, это предложение нереалистично: толщина меди на статуе всего около 2,4 миллиметра, поэтому после нескольких циклов не осталось бы самой статуи.
Коррозия повлияла и на первоначальную конструкцию статуи, которая состояла из железного каркаса и медной облицовки. Между этими двумя материалами возникла гальваническая коррозия при участии дождевой воды в роли электролита. Железная конструкция была покрыта цинком, а повреждённые элементы заменили на нержавеющую сталь.
В ходе масштабной реставрации было использовано 8 000 квадратных футов медного листа для замены элементов, таких как крыша и факел, причём пламя факела было выполнено из меди и покрыто золотой фольгой. Новый факел заранее покрыли патиной, чтобы его цвет соответствовал остальной части статуи при установке в 1986 году. Искусственная патина быстро стерлась, обнажив тусклую медь. Потребовалось более двадцати лет, чтобы медь приобрела свою естественную патину.
Медь часто легируют с другими металлами, так как она чрезвычайно пластична и ковка. Распространённые медные сплавы включают бронзу (88% меди, 12% олова) и латунь (66% меди, 34% цинка с примесями железа и свинца).
Коррозия медных сплавов отличается от коррозии чистой меди как по цвету, так и по механизму. Например, латунь при коррозии приобретает золотисто-коричневый оттенок, а бронза — от светло-зелёного до тёмно-коричневого.
Коррозионное поведение медных сплавов варьируется в зависимости от их физических и химических свойств, условий окружающей среды, напряжений и других факторов.
Медные сплавы демонстрируют исключительную устойчивость к коррозии в определённых условиях. Вот несколько примеров:
