Da li Brass Rust?

Uđite u bilo koju prodavnicu željeza, i naći ćete mesingane okove, ventili, i dekorativni hardver.

Pitajte prodavca: Da li mesing rđa? Odgovor koji ćete vjerovatno čuti je Ne, mesing ne rđa. Ali da li je to striktno tačno?

Odgovor, kao i kod većine pitanja nauke o materijalima, je i da i ne – ovisno o tome kako definirate rđu i šta podrazumijevate pod mesingom.

Ovaj članak pruža sveobuhvatan, višedimenzionalno ispitivanje korozije mesinga.

Istražit ćemo metalurgiju mesinga, hemiju njegove korozije, razlika između rđe i mrlja, faktori okoline koji ubrzavaju degradaciju, i praktične strategije za prevenciju i održavanje.

1. Šta je Rust? Hemijska definicija

Prije odgovora da li mesing rđa, moramo definisati hrđa.

Hemija rđe

Rđa je uobičajeni naziv za hidratizirano gvožđe(III) oksid (Fe₂O₃·nH₂O). Nastaje kada se gvožđe (FE) reaguje sa kiseonikom (O₂) i vodu (H₂O) putem elektrohemijskog procesa:

Karakteristike Rust-a

Kritična tačka: Jer mesing sadrži nema značajnijeg metalnog gvožđa, to ne može formirati rđu.

Crvenkasto-smeđa ili zelenkasto-smeđa diskoloracija koja se pojavljuje na mesinganim površinama je mrlja ili patina, ne rđe.

2. Šta je mesing? Metalurgija i kompozicija

Definicija i kompozicija

Mesing je bakar-cink (Cu-Zn) legura. Sadržaj cinka varira od 5% prevrnuti 40%, sa dodatnim elementima kao što je olovo, limenka, aluminijum, silicijum, ili arsen dodan za određena svojstva.

Fazni dijagram bakra i cinka

Mesing je čvrsta otopina cinka u bakru. Dodatak cinka jača leguru kroz stvrdnjavanje u čvrstoj otopini, ali također značajno mijenja njeno korozivno ponašanje.

Ključne metalurške tačke:

• Alfa faza (FCC struktura) – duktilna, Dobra otpornost na koroziju.
• Beta faza (BCC struktura) – teže, skloniji dezinfikaciji.
• Fazni balans zavisi od sadržaja cinka i temperature.

3. Kako mesing zapravo korodira

Iako mesing ne može zarđati, ostaje hemijski aktivna i kontinuirano stupa u interakciju sa svojom okolinom.

Ove interakcije dovode do nekoliko različitih mehanizama korozije, svaki vođen različitim elektrohemijskim principima i uslovima okoline.

Za razliku od rđe čelika, korozija mesinga općenito napreduje nizom površinskih transformacija, počevši sa blagom oksidacijom i, pod agresivnijim uslovima, razvija se u lokalizovani elektrohemijski napad.

Početno tamnjenje površine: Prva faza oksidacije mesinga

Najranija i najčešća promjena uočena na mesingu je tarnishing.

Kada je svježe proizvedeni mesing izložen zraku, atomi bakra i cinka na površini sporo reaguju sa atmosferskim kiseonikom.

U početku, ova reakcija formira izuzetno tanak sloj koji se prvenstveno sastoji od:

• Bakar oksid (Cu₂O i CuO)
• Cink oksid (Zno)

Ovaj oksidni film postepeno mijenja izgled mesinga iz njegove originalne svijetle zlatne boje u:

• Svijetlo žuta
• Brown
• Tamno braon
• Grey

Brzina zatamnjenja zavisi od faktora kao što su:

• Relativna vlažnost
• Temperatura
• Zagađenje zraka
• Gasovi koji sadrže sumpor
• Otisci prstiju i kožna ulja

Za razliku od čelične hrđe, ovaj tanki oksidni sloj je kompaktan, pristalica, i generalno zaštitni.

Umjesto da ubrzava degradaciju, djeluje kao barijera koja smanjuje daljnju difuziju kisika u osnovnu leguru.

Iz inženjerske perspektive, tamnjenje je prvenstveno estetska promjena i ima mali utjecaj na strukturne performanse mesinganih komponenti.

Formiranje patine: Prirodni zaštitni premaz

Uz produženo izlaganje vanjskom okruženju, posebno one koje sadrže vlagu i ugljični dioksid, mesing prolazi dalje hemijske reakcije koje dovode do razvoja a patina.

Patina se uglavnom sastoji od stabilnih produkata korozije kao npr:

• Bakar karbonat
• Osnovni bakar karbonat
• Bakar hidroksid
• Bakar sulfat (u zagađenoj atmosferi)

U zavisnosti od uslova okoline, površina može razviti boje u rasponu od tamno smeđe do karakteristične zelene ili plavo-zelene koje se mogu vidjeti na povijesnim spomenicima i arhitektonskim obilježjima.

Za razliku od rđe, koji je porozan i kontinuirano širi koroziju, zrela patina je gusta, hemijski stabilan, i visoko zaštitni.

Izoluje osnovnu leguru od atmosfere, značajno usporava naknadnu koroziju.

Ova prirodna pasivizacija objašnjava zašto su vekovima stare mesingane skulpture, dekorativni elementi, i arhitektonski elementi baštine često zadržavaju odličan strukturalni integritet uprkos produženom izlaganju na otvorenom.

Dezinfekcija: Najznačajniji oblik korozije mesinga

Dok su tamnjenja i stvaranje patine općenito benigni, dezinfekcija je destruktivni mehanizam korozije koji može ozbiljno narušiti mehaničke performanse mesinga.

Dezincifikacija je proces selektivnog luženja u kojem se cink, elektrohemijski aktivniji od bakra, prvenstveno se otapa iz legure kada je izložen određenim elektrolitima, posebno voda koja sadrži hlorid.

Kako se cink uklanja, preostali materijal postaje porozan, kostur bogat bakrom sa znatno smanjenom snagom i sposobnošću nošenja pritiska.

Tipični uslovi koji potiču dezinfikaciju uključuju:

• Topla voda za piće
• Morska voda
• Rastvori sa visokim sadržajem hlorida
• Sistemi stajaće vode
• Slabo kisela sredina

Vidljivi indikatori uključuju:

• Crvenkasta ili ružičasta promjena boje
• Bijele naslage sastavljene od produkata korozije cinka
• Površinsko pitting
• Povećana poroznost
• Curenje u komponentama koje sadrže pritisak

Za kritične vodovodne i pomorske aplikacije, otporan na dezinfikaciju (RDA) mesing je posebno dizajniran s kontroliranim dodacima legure kako bi se suzbio ovaj selektivni mehanizam korozije i produžio vijek trajanja.

Stresna pukotina korozije: Mehanizam skrivenog kvara

Još jedna važna, iako ređe, proces degradacije je naponske korozije pucanja (SCC).

SCC se javlja kada istovremeno postoje tri stanja:

• Osjetljiva legura mesinga
• Trajni zatezni napon (bilo primijenjeno ili zaostalo)
• Specifično korozivno okruženje, najviše onaj koji sadrži amonijak ili jedinjenja amonijaka

Umjesto da uzrokuje ujednačen gubitak materijala, SCC dovodi do iniciranja i širenja finih pukotina, često duž granica zrna.

Ove pukotine mogu rasti uz malo vidljive površinske korozije i na kraju mogu rezultirati iznenadnim, krti lom.

Komponente u posebnom riziku uključuju:

• Stabljika ventila
• Kompresijski spojevi
• Pričvršćivači
• Springs
• Precizno obrađeni dijelovi podvrgnuti zaostalom strojnom naprezanju

Termička obrada za ublažavanje stresa, pravilan izbor legure, i izbjegavanje uslužnih okruženja bogatih amonijakom su efikasne strategije za minimiziranje osjetljivosti na SCC.

Ujednačena i lokalizovana korozija

U agresivnim hemijskim sredinama, mesing takođe može doživeti ujednačena korozija, gdje se materijal postepeno otapa po cijeloj izloženoj površini, ili lokalizovana korozija, gdje je napad koncentrisan u diskretnim područjima.

Jake kiseline, jake alkalije, a određene industrijske hemikalije mogu rastvoriti zaštitne oksidne filmove, što dovodi do mjerljivog gubitka metala tokom vremena.

Za razliku od rđe, međutim, ovi procesi ne proizvode ekspanzivne ljuske željeznog oksida. Umjesto toga, legura polako postaje tanja ili razvija lokalizirane rupice, dok se ukupni način degradacije suštinski razlikuje od ponašanja gvožđa i čelika pri rđenju.

Samim tim, ocjenjivanje postojanosti mesinga zahtijeva razumijevanje njegovih specifičnih mehanizama korozije umjesto primjene koncepata povezanih sa gvozdenim materijalima.

Galvanska korozija

Kada se mesing spoji sa plemenitijim metalom (E.g., nehrđajući čelik, bakar) u provodnom okruženju, mesing postaje anoda i prvenstveno korodira.

4. Brass vs. Bronza: Poređenje korozije

Mesing i bronza se često mešaju. Njihovo korozijsko ponašanje se razlikuje zbog primarnog legirajućeg elementa (cink u mesingu; kalaj u bronzi).

5. Faktori okoline koji utiču na koroziju mesinga

Iako mesing ne rđa, njegovo korozivno ponašanje u velikoj meri zavisi od sredine u kojoj radi.

Na stabilnost zaštitnog oksidnog filma koji se prirodno formira na mesingu može značajno uticati vlažnost, zagađivači, temperatura, hemija vode, pH, i mehanički stres.

Vlažnost i vlaga

Vlaga je jedan od najutjecajnijih faktora koji utječu na koroziju mesinga.

Voda djeluje kao elektrolit, omogućavajući elektrohemijske reakcije između površine legure i okolnog okruženja.

Kako se relativna vlažnost povećava, na površini mesinga se postepeno razvija tanak film vlage, olakšava difuziju kiseonika i ionski transport.

Na suvom vazduhu, oksidacija se odvija sporo i obično proizvodi samo tanku, kompaktni oksidni film.

Kako vlažnost raste, oksidacija se ubrzava, što rezultira izraženijim tamnjenjem i eventualnim stvaranjem patine.

U stalno vlažnim ili potopljenim uslovima, zaštitni oksidni sloj može postati nestabilan, povećavaju vjerovatnoću lokalizirane korozije.

Utjecaj vlage na koroziju mesinga može se sažeti na sljedeći način:

Atmospheric Pollutants

Zagađivači u zraku mogu dramatično promijeniti korozijsko ponašanje mesinga interakcijom s njegovim prirodnim zaštitnim oksidnim slojem.

Industrijske emisije, morski aerosoli, a hemijske pare često ubrzavaju degradaciju površine kroz specifične elektrohemijske mehanizme.

Najznačajniji atmosferski zagađivači koji utiču na mesing uključuju jedinjenja sumpora, hloridi, amonijak, i oksidirajućih gasova.

Sumpor dioksid (SO₂)

Sumpor dioksid, obično se nalazi u industrijskoj i urbanoj atmosferi, lako reaguje sa bakrom na površini mesinga i formira bakrene sulfide.

Ova jedinjenja proizvode karakteristične tamno smeđe ili crne mrlje koje se često primećuju na mesingu izloženom zagađenom vazduhu.

Iako je ova mrlja općenito površna, produženo izlaganje može ubrzati ukupne stope oksidacije i smanjiti estetski izgled dekorativnih komponenti.

Sredine koje sadrže hlorid

Hloridni joni su među najagresivnijim vrstama koje utiču na mesing.

Primorski regioni, Offshore platforme, Postrojenja za desalinacije, a pomorska oprema je stalno izložena zraku punom soli.

Hloridi destabiliziraju sloj pasivnog oksida i promoviraju:

• Lokalizirano pitting
• Pukotina korozija
• Dezinfekcija
• Galvanska korozija kada su prisutni različiti metali

Za ove aplikacije, pomorski mesing, silicijum mesing, ili otporan na dezinfikaciju (RDA) tipično se preporučuje mesing.

Izloženost amonijaku

Iako amonijak ima mali učinak na nenapregnuti mesing, postaje vrlo destruktivan u kombinaciji sa zaostalim ili primijenjenim vlačnim naprezanjem.

Pod ovim uslovima, amonijak može prodrijeti kroz granice zrna i pokrenuti naponske korozije pucanja (SCC).

Ova pojava je posebno opasna jer:

• Pukotine se mogu razviti bez značajnog gubitka materijala.
• Kvar se može dogoditi iznenada uz malo vanjskog upozorenja.
• Mehanička čvrstoća se pogoršava mnogo prije nego što se pojavi vidljiva korozija.

Komponente kao što su stabla ventila, kompresioni fitinzi, Springs, i zatvarači zahtijevaju pažljiv odabir legure i tretman za ublažavanje naprezanja kada se očekuje izlaganje amonijaku.

Ozon i jake oksidirajuće atmosfere

Ozon je visoko reaktivno oksidaciono sredstvo koje povećava brzinu stvaranja oksidnog filma na mesinganim površinama.

Dok rezultujući oksidni sloj može ostati zaštitni u blagim uslovima, produženo izlaganje visokim koncentracijama ozona može ubrzati promjenu boje i starenje površine.

Temperatura

Temperatura direktno utiče na kinetiku korozije povećanjem atomske difuzije, brzine hemijskih reakcija, i elektrohemijske aktivnosti.

Općenito, svako povećanje temperature ubrzava oksidaciju i koroziju, iako specifični mehanizam zavisi od legure i radnog okruženja.

pH vodenih rastvora

Kiselost ili alkalnost vodene sredine ima veliki uticaj na koroziju mesinga jer pH utiče i na stabilnost zaštitnih oksidnih filmova i na elektrohemijsko rastvaranje bakra i cinka..

6. Proizvodi korozije na mesingu: Šta se pojavljuje na površini?

Promjena boje koja se pojavljuje na mesinganim površinama nije hrđa; to je mješavina jedinjenja bakra i cinka.

7. Sprečavanje korozije u mesingu

Odabir legure

Površinski tretmani

Premazi i inhibitori

8. Čišćenje i održavanje mesinga

Iako je mesing vrlo otporan na rđu i nudi odličnu dugotrajnu trajnost, na njegov izgled i otpornost na koroziju može značajno uticati pravilno održavanje.

Rutinsko čišćenje za svakodnevno održavanje

Regular čišćenje mesinganih komponenti je najjednostavniji i najefikasniji način da produžite vijek trajanja.

Uklanjanje prašine, mast, otisci prstiju, soli, i industrijski zagađivači pomažu u sprječavanju zagađivača da ubrzaju oksidaciju ili iniciraju lokaliziranu koroziju.

Za većinu kućnih i industrijskih aplikacija, meka krpa u kombinaciji s toplom vodom i blagim rastvorom sapuna dovoljna je za uklanjanje površinske prljavštine bez oštećenja zaštitnog oksidnog filma.

Nakon čišćenja, površinu uvijek treba temeljito isprati čistom vodom i potpuno osušiti kako bi se spriječila zaostala vlaga koja potiče koroziju.

Rutinsko čišćenje je posebno korisno za:

• Dekorativni hardver
• Kvake za vrata
• Vodovodne instalacije
• Muzički instrumenti
• Precizne mehaničke komponente
• Električni hardver

Za razliku od agresivnog poliranja, nježno čišćenje čuva integritet prirodnog sloja oksida, a istovremeno održava atraktivan izgled.

Uklanjanje mrlja

Kako mesing stari, oksidacija postupno mijenja svoju svijetlo zlatnu boju u nijanse smeđe, tamne bronze, ili crna.

Ovo mrlje je obično ograničeno na površinu i ne ukazuje na propadanje strukture.

Nekoliko metoda čišćenja može efikasno ukloniti mrlje.

Blaga organska rješenja za čišćenje

Prirodna kisela sredstva za čišćenje, kao što je sirće pomešano sa solju ili limunov sok pomešan sa sodom bikarbonom, široko se koriste za uklanjanje umjerenih mrlja.

Blaga kiselina otapa površinsku oksidaciju dok nježno abrazivno djelovanje pomaže vraćanju originalne metalne završne obrade.

Međutim, jer su ovi rastvori kiseli, ne bi trebalo da ostanu na mesinganoj površini duže vreme.

Nakon tretmana, komponentu treba temeljito isprati čistom vodom i odmah osušiti kako bi se uklonili ostaci kiseline.

Ove metode su općenito prikladne za:

• Ukrasni ukrasi od mesinga
• Oprema za domaćinstvo
• Kuhinjski hardver
• Lagano potamnjela dodatna oprema

Komercijalni lakovi od mesinga

Za jako potamnjeli mesing, komercijalne smjese za poliranje daju brže i dosljednije rezultate.

Ovi proizvodi obično sadrže fine abrazivne čestice i hemijska sredstva za čišćenje koja uklanjaju oksidaciju i vraćaju karakterističan zlatni sjaj.

Dok poliranje uvelike poboljšava izgled, također uklanja dio prirodno razvijenog oksidnog sloja i, U nekim slučajevima, zaštitna patina.

Pretjerano ili često poliranje može postupno smanjiti zaštitu površine i promijeniti izgled antiknih ili povijesnih predmeta od mesinga.

Stoga, komercijalno poliranje treba koristiti selektivno, a ne kao rutinsko održavanje.

Sredstva za čišćenje koja treba izbjegavati

Nisu sve hemikalije za čišćenje prikladne za mesing.

Jedna od najvažnijih mjera opreza je da izbjegavajte sredstva za čišćenje na bazi amonijaka, posebno za opterećene ili nosive mesingane komponente.

Amonijak je poznat po promociji naponske korozije pucanja (SCC) u osjetljivim legurama mesinga.

Čak i relativno niske koncentracije mogu prodrijeti u granice zrna i pokrenuti mikroskopske pukotine u kombinaciji sa zaostalim ili primijenjenim vlačnim naprezanjima.

Iz tog razloga, Sredstva za čišćenje koja sadrže amonijak nikada se ne smiju koristiti na:

• Komponente ventila
• Kompresijski spojevi
• Springs
• Pričvršćivači
• Slučajevi kertridža
• Precizni mehanički dijelovi

Slično, visoko koncentrisane kiseline, jake alkalije, abrazivna čelična vuna, i agresivne alate za brušenje treba izbjegavati osim ako nije posebno preporučeno za industrijsku restauraciju.

Zaštitni površinski tretmani

Samo čišćenje ne sprečava buduću oksidaciju.

Nakon što je površina očišćena, mnoge komponente od mesinga imaju koristi od dodatnih zaštitnih tretmana koji izoluju metal od vlage i atmosferskih zagađivača.

Uobičajene zaštitne metode uključuju:

Voštani premazi

Mikrokristalni vosak ili visokokvalitetni pastasti vosak formira tanku hidrofobnu barijeru preko mesingane površine.

Voštani premazi pružaju nekoliko prednosti:

• Smanjite izloženost kiseoniku
• Odbija vlagu
• Sporo tamnjenje
• Očuvati izgled površine
• Održavanje prirodnog metalnog sjaja

Zaštita voskom se široko koristi za dekorativne arhitektonske mesingane i muzejske artefakte.

Zaštitna ulja

Laka mineralna ulja se često primjenjuju na industrijske komponente od mesinga tokom skladištenja ili transporta.

Uljni filmovi štite od:

• Vlažnost
• Otisci prstiju
• Privremena atmosferska oksidacija

Iako uljni premazi zahtijevaju periodično obnavljanje, pružaju jeftino rješenje za kratkoročnu zaštitu od korozije.

Lacquer Coatings

Prozirni lak formira prozirnu zaštitnu barijeru koja sprečava direktan kontakt između mesingane površine i okoline.

Lakovi se obično nanose na:

• Okov za vrata
• Rasvjetna tijela
• Dekorativni ukrasi
• Muzički instrumenti

Kada se pravilno održava, lak značajno smanjuje potrebu za poliranjem sprečavajući pojavu oksidacije.

Galvanski premazi

Za zahtjevne industrijske primjene, mesing može biti galvanizovan metalima kao što su nikl ili hrom.

Galvanizacija obezbeđuje:

• Poboljšana otpornost na koroziju
• Veća otpornost na habanje
• Poboljšan dekorativni izgled
• Povećana hemijska stabilnost

Električni konektori su često obloženi limom, srebro, ili zlato kako bi se održala niska otpornost na kontakt uz zaštitu mesingane podloge.

Očuvanje prirodne patine

Ne treba sav mesing polirati do sjajne završnice.

Za mnoge arhitektonske, istorijski, i umjetničke primjene, prirodno razvijena patina smatra se i estetski vrijednom i funkcionalno korisnom.

Zelena ili tamno brončana površina koja se vidi na istorijskim građevinama i spomenicima nije znak propadanja, već stabilan zaštitni sloj koji usporava dalju koroziju.

Samim tim, specijalisti za konzervaciju uglavnom čuvaju, a ne uklanjaju zrelu patinu.

Za arhitektonski mesing izložen vanjskim okruženjima, održavanje se često sastoji od periodičnog čišćenja praćenog nanošenjem zaštitnog voska, omogućavajući da se patina nastavi prirodnim razvojem.

9. Primjene gdje je korozija mesinga bitna

10. Sumarno poređenje: Brass vs Rust

11. Zaključak

Dakle, mesing rđa? Naučni odgovor je nedvosmislen: Ne. Mesing ne hrđa jer je hrđa proizvod korozije jedinstven za željezo i čelik, dok je mesing legura bakra i cinka koja praktično ne sadrži gvožđe.

Ipak, mesing nije imun na degradaciju okoline.

Tokom svog vijeka trajanja, prolazi kroz niz procesa korozije - uključujući oksidaciju, tarnishing, formiranje patine, dezinfekcija, i, pod određenim uslovima, naponske korozije pucanja.

Ovi se mehanizmi suštinski razlikuju od hrđe gvozdenih materijala i po hemijskom i po inženjerskom značaju.

U konačnici, razumijevanje razlike između hrđa i korozija mesinga je neophodno za inženjere, Dizajneri, proizvođači, i krajnjim korisnicima.

Odabirom odgovarajuće legure, s obzirom na radno okruženje, i primjena dobrih praksi održavanja,

komponente od mesinga mogu pružiti izvanrednu pouzdanost, Izvrsna otpornost na koroziju, i izuzetno dug radni vijek u širokom rasponu industrijskih i komercijalnih primjena.

 

Često postavljana pitanja

Da li mesing rđa u vodi?

Ne, mesing ne hrđa (formiraju željezni oksid). Međutim, mesing korodira u vodi, posebno stajaća ili kisela voda, gdje može doći do dezincifikacije.

Koristite mesing otporan na dezinciranje za primjenu u vodi.

Zašto moj mesing postaje zelen?

Zelena boja je zaštitna patina osnovni bakar karbonat (Cu₂CO₃(Oh)₂) .

Nastaje kada je mesing izložen vlazi i ugljičnom dioksidu tokom dužeg perioda. Nije štetan – zapravo štiti metal.

Da li mesing hrđa u slanoj vodi?

Mesing ne rđa, ali korodira u slanoj vodi.

Mesing sa visokim sadržajem cinka podložan je dezinfikaciji i udubljenju u hloridnim okruženjima. Silikonski mesing i bronza su poželjni za upotrebu u pomorstvu.

Može li mesing zarđati kao gvožđe?

Ne. Rđa je specifična za željezo i njegove legure (čelik, liveno gvožđe). Mesing ne sadrži gvožđe (osim kao nečistoća u tragovima), tako da ne može formirati rđu.

Kako ukloniti zelenu koroziju sa mesinga?

Za blagu zelenu patinu, koristite komercijalni lak za mesing ili mješavinu limunovog soka i soli.

Za jaku ili ispucanu koroziju, profesionalno čišćenje i stabilizacija (sa BTA) može biti potrebno.

Da li mesing postaje crn?

Da. U industrijskim atmosferama koje sadrže jedinjenja sumpora, mesing stvara sivo-crni film sulfida bakra. Ovo je oblik mrlja, ne rđe.