Ржавеет ли латунь?

Зайдите в любой строительный магазин, и вы найдете латунные фитинги, клапаны, и декоративная фурнитура.

Спросите продавца: Ржавеет ли латунь? Ответ, который вы, скорее всего, услышите: «Нет»., латунь не ржавеет. Но так ли это??

Ответ, как и большинство вопросов по материаловедению, это и да, и нет — в зависимости от того, как вы определяете ржавчину и что вы подразумеваете под латунью.

В этой статье представлен всеобъемлющий, многомерное исследование коррозии латуни.

Изучим металлургию латуни., химия его коррозии, разница между ржавчиной и потускнением, факторы окружающей среды, которые ускоряют деградацию, и практические стратегии профилактики и поддержания.

1. Что такое ржавчина? Химическое определение

Прежде чем ответить, ржавеет ли латунь, мы должны определить ржавчина.

Химия ржавчины

Ржавчина – это общее название гидратированное железо(III) окись (Fe₂O₃·nH₂O). Он образуется, когда железо (Фе) реагирует с кислородом (О₂) и вода (H₂O) посредством электрохимического процесса:

Характеристики ржавчины

Критическая точка: Поскольку латунь содержит нет значительного металлического железа, это не может образовывать ржавчину.

Красновато-коричневое или зеленовато-коричневое изменение цвета на латунных поверхностях потускнение или патина, не ржавеет.

2. Что такое латунь? Металлургия и состав

Определение и состав

Латунь это медно-цинковый (Cu-Zn) сплав. Содержание цинка колеблется от 5% до конца 40%, с дополнительными элементами, такими как свинец, олово, алюминий, кремний, или мышьяк добавлен для определенных свойств.

Фазовая диаграмма медь-цинк

Латунь – это твердый раствор цинка в меди.. Добавление цинка упрочняет сплав за счет закалки в твердом растворе, но также значительно изменяет его коррозионное поведение..

Ключевые металлургические моменты:

• Альфа-фаза (Структура Федеральной комиссии связи) – пластичный, хорошая коррозионная стойкость.
• Бета-фаза (Структура БЦК) - Сильнее, более склонен к децинкификации.
• Фазовый баланс зависит от содержания цинка и температуры..

3. Как на самом деле корродирует латунь

Хотя латунь не ржавеет, он остается химически активным и постоянно взаимодействует с окружающей средой.

Эти взаимодействия приводят к нескольким различным механизмам коррозии., каждый из них регулируется различными электрохимическими принципами и условиями окружающей среды..

В отличие от ржавления стали, Коррозия латуни обычно протекает через последовательность поверхностных преобразований., начиная с легкого окисления и, в более агрессивных условиях, перерастающее в локализованную электрохимическую атаку.

Первоначальное потускнение поверхности: Первый этап окисления латуни

Самое раннее и наиболее распространенное изменение, наблюдаемое на латуни, — это очернение.

Когда свежеизготовленная латунь подвергается воздействию воздуха, Атомы меди и цинка на поверхности медленно реагируют с кислородом воздуха..

Изначально, эта реакция образует чрезвычайно тонкий слой, состоящий в основном из:

• Оксид меди (Cu₂O и CuO)
• Оксид цинка (ZnO)

Эта оксидная пленка постепенно меняет внешний вид латуни с ее первоначального ярко-золотистого цвета на:

• Светло-желтый
• Коричневый
• Темно-коричневый
• Серый

Скорость потускнения зависит от таких факторов, как:

• Относительная влажность
• Температура
• Загрязнение воздуха
• Серосодержащие газы
• Отпечатки пальцев и кожный жир

В отличие от стальной ржавчины, этот тонкий оксидный слой компактен, приверженец, и вообще защитный.

Вместо ускорения деградации, он действует как барьер, который уменьшает дальнейшую диффузию кислорода в основной сплав..

С инженерной точки зрения, потускнение представляет собой прежде всего эстетическое изменение и мало влияет на структурные характеристики латунных компонентов..

Формирование патины: Природное защитное покрытие

При длительном нахождении на открытом воздухе, особенно те, которые содержат влагу и углекислый газ, латунь подвергается дальнейшим химическим реакциям, которые приводят к развитию патина.

Патина состоит в основном из стабильных продуктов коррозии, таких как:

• Карбонат меди
• Основной карбонат меди
• Гидроксид меди
• Медный купорос (в загрязненной атмосфере)

В зависимости от условий окружающей среды, поверхность может приобретать цвет от темно-коричневого до характерного зеленого или сине-зеленого, который можно увидеть на исторических памятниках и архитектурных объектах..

В отличие от ржавчины, который является пористым и постоянно распространяет коррозию, зрелая патина плотная, химически стабильный, и очень защитная.

Он изолирует основной сплав от атмосферы., значительное замедление последующей коррозии.

Эта естественная пассивация объясняет, почему многовековые латунные скульптуры, декоративная фурнитура, архитектурные элементы и исторические объекты часто сохраняют превосходную структурную целостность, несмотря на длительное пребывание на открытом воздухе..

Дезинфекция: Наиболее значительная форма коррозии латуни

Хотя потускнение и образование патины, как правило, безвредны., обесцинкификация представляет собой разрушительный механизм коррозии, который может серьезно ухудшить механические характеристики латуни..

Децинкификация – это процесс селективного выщелачивания, при котором цинк, более электрохимически активен, чем медь, преимущественно растворяется из сплава при воздействии определенных электролитов, особенно хлоридсодержащая вода.

По мере удаления цинка, оставшийся материал становится пористым, богатый медью скелет со значительно сниженной прочностью и способностью выдерживать давление.

Типичные условия, способствующие децинкификации, включают::

• Горячая питьевая вода
• Морская вода
• Растворы с высоким содержанием хлоридов
• Системы застойной воды
• Слабокислая среда

Видимые индикаторы включают в себя:

• Красноватое или розовое изменение цвета
• Белые отложения, состоящие из продуктов коррозии цинка.
• Питтинг на поверхности
• Повышенная пористость
• Утечка в компонентах, находящихся под давлением

Для критически важных сантехнических и морских применений, устойчивый к обесцинкованию (RDA) латунь специально разработан с использованием контролируемых легирующих добавок для подавления механизма избирательной коррозии и продления срока службы..

Коррозионное растрескивание под напряжением: Скрытый механизм отказа

Еще один важный, хотя и менее распространенный, процесс деградации это коррозионное растрескивание под напряжением (SCC).

SCC возникает, когда три условия существуют одновременно:

• Чувствительный латунный сплав
• Устойчивое растягивающее напряжение (прикладной или остаточный)
• Специфическая агрессивная среда, особенно тот, который содержит аммиак или соединения аммония

Вместо того, чтобы вызывать равномерные материальные потери, SCC приводит к возникновению и распространению мелких трещин., часто по границам зерен.

Эти трещины могут расти при незначительной видимой поверхностной коррозии и в конечном итоге могут привести к внезапному разрушению., хрупкий перелом.

Компоненты, подвергающиеся особому риску, включают:

• Стержни клапанов
• Компрессионные фитинги
• Крепежи
• Пружины
• Детали прецизионной обработки, подвергающиеся остаточным механическим напряжениям.

Термическая обработка для снятия стресса, правильный выбор сплава, и избегать эксплуатации в средах с высоким содержанием аммиака — эффективные стратегии минимизации восприимчивости к SCC..

Равномерная и локализованная коррозия

В агрессивных химических средах, латунь также может испытать равномерная коррозия, где материал постепенно растворяется по всей открытой поверхности, или локализованная коррозия, где атака сосредоточена в отдельных областях.

Сильные кислоты, сильные щелочи, и некоторые промышленные химикаты могут растворять защитные оксидные пленки., что приводит к измеримой потере металла с течением времени.

В отличие от ржавчины, однако, эти процессы не приводят к образованию обширных отложений оксида железа.. Вместо, сплав медленно становится тоньше или в нем появляются локализованные ямки., в то время как общий способ деградации остается фундаментально отличным от ржавого поведения железа и стали..

Следовательно, Оценка долговечности латуни требует понимания ее конкретных механизмов коррозии, а не применения концепций, связанных с черными материалами..

Гальваническая коррозия

Когда латунь соединяется с более благородным металлом (например, нержавеющая сталь, медь) в проводящей среде, латунь становится анодом и преимущественно корродирует.

4. Латунь против. Бронза: Сравнение коррозии

Латунь и бронзу часто путают.. Их коррозионное поведение различается в зависимости от основного легирующего элемента. (цинк в латуни; жесть в бронзе).

5. Факторы окружающей среды, влияющие на коррозию латуни

Хотя латунь не ржавеет, его коррозионное поведение сильно зависит от среды, в которой он работает.

На стабильность защитной оксидной пленки, которая естественным образом образуется на латуни, могут существенно влиять влажность, загрязняющие вещества, температура, химия воды, pH, и механическое напряжение.

Влажность и влажность

Влага является одним из наиболее влиятельных факторов, влияющих на коррозию латуни..

Вода действует как электролит, обеспечение электрохимических реакций между поверхностью сплава и окружающей средой.

По мере увеличения относительной влажности, на латунной поверхности постепенно образуется тонкая пленка влаги, облегчение диффузии кислорода и транспорта ионов.

В сухом воздухе, окисление происходит медленно и обычно образует лишь тонкий слой, компактная оксидная пленка.

По мере повышения влажности, окисление ускоряется, что приводит к более выраженному потускнению и возможному образованию патины..

В условиях постоянной влажности или погружения в воду, защитный оксидный слой может стать нестабильным, увеличение вероятности локальной коррозии.

Влияние влажности на коррозию латуни можно резюмировать следующим образом::

Атмосферные загрязнители

Переносимые по воздуху загрязнители могут существенно изменить коррозионное поведение латуни, взаимодействуя с ее естественным защитным оксидным слоем..

Промышленные выбросы, морские аэрозоли, и химические пары часто ускоряют деградацию поверхности за счет определенных электрохимических механизмов..

К наиболее значимым загрязнителям атмосферы, влияющим на латунь, относятся соединения серы., хлориды, аммиак, и окисляющие газы.

Диоксид серы (SO₂.)

Диоксид серы, обычно встречается в промышленной и городской атмосфере, легко реагирует с медью на латунной поверхности с образованием сульфидов меди.

Эти соединения образуют характерный темно-коричневый или черный налет, часто наблюдаемый на латуни, подвергающейся воздействию загрязненного воздуха..

Хотя это потускнение в целом поверхностное, длительное воздействие может ускорить общую скорость окисления и ухудшить эстетичный вид декоративных компонентов..

Хлоридсодержащие среды

Хлорид-ионы являются одними из наиболее агрессивных веществ, влияющих на латунь..

Прибрежные регионы, морские платформы, опреснительные установки, и морское оборудование постоянно подвергаются воздействию соленого воздуха..

Хлориды дестабилизируют пассивный оксидный слой и способствуют:

• Локализованная ямка
• Щелевая коррозия
• Дезинфекция
• Гальваническая коррозия при наличии разнородных металлов

Для этих приложений, военно -морская латунь, кремниевая латунь, или устойчивый к децинкификации (RDA) обычно рекомендуется латунь.

Воздействие аммиака

Хотя аммиак мало влияет на ненапряженную латунь., он становится очень разрушительным в сочетании с остаточным или приложенным растягивающим напряжением..

В этих условиях, аммиак может проникать через границы зерен и инициировать коррозионное растрескивание под напряжением (SCC).

Это явление особенно опасно, поскольку:

• Трещины могут развиваться без значительных материальных потерь..
• Отказ может произойти внезапно, при незначительном внешнем предупреждении..
• Механическая прочность снижается задолго до появления видимой коррозии..

Такие компоненты, как стержни клапанов, компрессионные фитинги, источники, и крепежные изделия требуют тщательного выбора сплава и обработки для снятия напряжений, когда ожидается воздействие аммиака..

Озон и сильные окислительные атмосферы

Озон — высокореактивный окислитель, который увеличивает скорость образования оксидной пленки на латунных поверхностях..

Хотя полученный оксидный слой может оставаться защитным в мягких условиях., длительное воздействие высоких концентраций озона может ускорить обесцвечивание и старение поверхности..

Температура

Температура напрямую влияет на кинетику коррозии за счет увеличения диффузии атомов., скорость химической реакции, и электрохимическая активность.

В общем, каждое повышение температуры ускоряет окисление и коррозию., хотя конкретный механизм зависит от сплава и среды эксплуатации.

pH водных растворов

Кислотность или щелочность водной среды оказывает большое влияние на коррозию латуни, поскольку pH влияет как на стабильность защитных оксидных пленок, так и на электрохимическое растворение меди и цинка..

6. Продукты коррозии латуни: Что появляется на поверхности?

Изменение цвета, появляющееся на латунных поверхностях, не является ржавчиной.; это смесь соединений меди и цинка.

7. Предотвращение коррозии латуни

Выбор сплава

Обработка поверхности

Покрытия и ингибиторы

8. Очистка и уход за латунью

Хотя латунь очень устойчива к ржавчине и обеспечивает превосходную долговечность., его внешний вид и коррозионная стойкость могут существенно зависеть от надлежащего обслуживания..

Регулярная очистка для ежедневного обслуживания

Обычный очистка латунных деталей это самый простой и эффективный способ продлить срок службы.

Удаление пыли, жир, отпечатки пальцев, соли, и промышленных загрязнителей помогает предотвратить ускорение окисления или инициирование локальной коррозии загрязняющими веществами..

Для большинства бытовых и промышленных применений, мягкой ткани в сочетании с теплой водой и мягким мыльным раствором достаточно, чтобы удалить поверхностные загрязнения, не повреждая защитную оксидную пленку..

После очистки, поверхность всегда следует тщательно промывать чистой водой и полностью высушивать, чтобы предотвратить появление остаточной влаги, способствующей коррозии..

Регулярная уборка особенно полезна для:

• Декоративное оборудование
• Дверные ручки
• Сантехническое оборудование
• Музыкальные инструменты
• Прецизионные механические компоненты
• Электрооборудование

В отличие от агрессивной полировки, бережная очистка сохраняет целостность естественного оксидного слоя, сохраняя при этом привлекательный внешний вид.

Удаление потускнения

По мере старения латуни, окисление постепенно меняет его ярко-золотистый цвет на оттенки коричневого., темно-бронзовый, или черный.

Это потускнение обычно ограничивается поверхностью и не указывает на ухудшение структуры..

Несколько методов очистки могут эффективно удалить потускнение..

Мягкие органические чистящие средства

Натуральные кислотные чистящие средства, например, уксус в сочетании с солью или лимонный сок, смешанный с пищевой содой., широко используются для удаления умеренного потускнения.

Мягкая кислота растворяет окисление поверхности, а мягкое абразивное действие помогает восстановить первоначальный металлический вид..

Однако, потому что эти растворы кислые, они не должны оставаться на латунной поверхности в течение длительного времени..

После лечения, компонент следует тщательно промыть чистой водой и немедленно высушить, чтобы удалить остатки кислоты..

Эти методы обычно подходят для:

• Декоративные латунные украшения
• Бытовая техника
• Кухонная фурнитура
• Слегка потускневшие аксессуары

Коммерческие полироли для латуни

Для сильно потускневшей латуни, коммерческие полировальные составы обеспечивают более быстрые и стабильные результаты.

Эти продукты обычно содержат мелкие абразивные частицы и химические чистящие средства, которые удаляют окисление и восстанавливают характерный золотистый блеск..

Полировка значительно улучшает внешний вид, он также удаляет часть естественно образовавшегося оксидного слоя и, в некоторых случаях, защитная патина.

Чрезмерная или частая полировка может постепенно снизить защиту поверхности и изменить внешний вид старинных или исторических латунных предметов..

Поэтому, коммерческую полировку следует использовать выборочно, а не в качестве планового обслуживания..

Чистящие средства, которых следует избегать

Не все чистящие средства подходят для латуни..

Одной из наиболее важных мер предосторожности является избегайте чистящих средств на основе аммиака, особенно для нагруженных или несущих нагрузку латунных компонентов.

Аммиак хорошо известен тем, что способствует коррозионное растрескивание под напряжением (SCC) в чувствительных латунных сплавах.

Даже относительно низкие концентрации могут проникать через границы зерен и инициировать микроскопические трещины в сочетании с остаточными или приложенными растягивающими напряжениями..

По этой причине, Чистящие средства, содержащие аммиак, ни в коем случае нельзя использовать на:

• Компоненты клапана
• Компрессионные фитинги
• Пружины
• Крепежи
• Корпуса картриджа
• Прецизионные механические детали

Сходным образом, высококонцентрированные кислоты, сильные щелочи, абразивная стальная вата, следует избегать использования агрессивных шлифовальных инструментов, если они специально не рекомендованы для промышленной реставрации..

Защитная обработка поверхности

Очистка сама по себе не предотвращает будущее окисление..

После очистки поверхности, многие латунные компоненты подвергаются дополнительной защитной обработке, которая изолирует металл от влаги и атмосферных загрязнителей..

Общие методы защиты включают в себя:

Восковые покрытия

Микрокристаллический воск или высококачественная восковая паста образуют тонкий гидрофобный барьер на поверхности латуни..

Восковые покрытия имеют ряд преимуществ.:

• Уменьшите воздействие кислорода
• Отталкивать влагу
• Медленное потускнение
• Сохранить внешний вид поверхности
• Сохранение естественного металлического блеска

Восковая защита широко используется для декоративной архитектурной латуни и музейных экспонатов..

Защитные масла

Легкие минеральные масла часто наносятся на промышленные латунные детали во время хранения или транспортировки..

Масляная пленка защищает от:

• Влажность
• Отпечатки пальцев
• Временное атмосферное окисление

Хотя масляные покрытия требуют периодического обновления, они представляют собой недорогое решение для кратковременной защиты от коррозии..

Лаковые покрытия

Прозрачный лак образует прозрачный защитный барьер, предотвращающий прямой контакт между латунной поверхностью и окружающей средой..

Лаковые покрытия обычно наносятся на:

• Дверная фурнитура
• Осветительные приспособления
• Декоративная отделка
• Музыкальные инструменты

При правильном уходе, лак значительно снижает необходимость полировки, в первую очередь предотвращая окисление.

Гальванические покрытия

Для требовательных промышленных применений, латунь может быть покрыта гальваническим покрытием такими металлами, как никель или хром..

Гальваника обеспечивает:

• Улучшенная коррозионная стойкость
• Более высокая износостойкость
• Улучшенный декоративный вид
• Повышенная химическая стабильность

Электрические разъемы часто покрываются оловом., серебро, или золото для поддержания низкого контактного сопротивления и одновременной защиты лежащей под ним латунной подложки..

Сохранение естественной патины

Не всю латунь следует полировать до блеска..

Для многих архитектурных, исторический, и художественные приложения, естественная патина считается эстетически ценной и функционально полезной..

Зеленая или темно-бронзовая поверхность исторических зданий и памятников является не признаком разрушения, а стабильным защитным слоем, замедляющим дальнейшую коррозию..

Следовательно, Специалисты по консервации обычно сохраняют, а не удаляют зрелую патину..

Для архитектурной латуни, подвергающейся воздействию внешней среды., техническое обслуживание часто состоит из периодической очистки с последующим нанесением защитного воска., позволяя патине продолжать развиваться естественным путем.

9. Области применения, где важна коррозия латуни

10. Итоговое сравнение: Латунь против ржавчины

11. Заключение

Так, ржавеет ли латунь? Научный ответ однозначен: Нет. Латунь не ржавеет, потому что ржавчина — это продукт коррозии, уникальный для железа и стали., а латунь – это медно-цинковый сплав, практически не содержащий железа.

Тем не менее, латунь не застрахована от деградации окружающей среды.

На протяжении всего срока службы, он подвергается множеству коррозионных процессов, включая окисление., очернение, образование патины, обесцинкификация, и, в особых условиях, коррозионное растрескивание под напряжением.

Эти механизмы принципиально отличаются от ржавления черных металлов как по химическому, так и по инженерному значению..

В конечном счете, понимание разницы между ржавчина и коррозия латуни необходим для инженеров, дизайнеры, производители, и конечные пользователи.

Выбрав подходящий сплав, учитывая операционную среду, и применение надежных методов обслуживания,

латунные компоненты могут обеспечить исключительную надежность, отличная устойчивость к коррозии, и исключительно длительный срок службы в широком спектре промышленного и коммерческого применения..

 

Часто задаваемые вопросы

Ржавеет ли латунь в воде?

Нет, латунь нет ржавчина (образуют оксид железа). Однако, латунь корродирует в воде, особенно застойная или кислая вода, где может произойти обесцинкование.

Для работы с водой используйте латуни, устойчивые к обесцинкованию..

Почему моя латунь зеленеет?

Зеленый цвет – это защитная патина. основной карбонат меди (Cu₂CO₃(ОЙ)₂) .

Он образуется, когда латунь подвергается воздействию влаги и углекислого газа в течение длительного периода.. Это не вредно — оно действительно защищает металл..

Ржавеет ли латунь в соленой воде?

Латунь не ржавеет, но он корродирует в соленой воде.

Латуни с высоким содержанием цинка подвержены обесцинкованию и точечной коррозии в хлоридных средах.. Для морского применения предпочтительны кремниевые латуни и бронзы..

Может ли латунь ржаветь, как железо??

Нет. Ржавчина свойственна железу и его сплавам. (сталь, чугун). Латунь не содержит железа (за исключением следов примеси), поэтому он не может образовывать ржавчину.

Как удалить зеленую коррозию с латуни?

Для легкой зеленой патины, используйте коммерческое средство для полировки латуни или смесь лимонного сока и соли..

Для сильной или точечной коррозии, профессиональная чистка и стабилизация (с БТА) может потребоваться.

Латунь чернеет??

Да. В промышленных атмосферах, содержащих соединения серы, латунь образует серо-черную пленку сульфида меди. Это форма потускнения, не ржавеет.