Утворює латунну іржу?

Зайдіть в будь-який господарський магазин, і ви знайдете латунні фітинги, клапани, і декоративна фурнітура.

Запитайте у продавця: Латунь не ржавіє? Відповідь, яку ви, швидше за все, почуєте – Ні, латунь не іржавіє. Але чи це суто правда?

відповідь, як і з більшістю питань матеріалознавства, це і так, і ні — залежно від того, як ви визначаєте іржу та що маєте на увазі під латунню.

Ця стаття містить вичерпну інформацію, багатовимірне дослідження корозії латуні.

Ми будемо досліджувати металургію латуні, хімічний склад його корозії, відмінність між іржею та потьмянінням, екологічні фактори, які прискорюють деградацію, практичні стратегії профілактики та обслуговування.

1. Що таке іржа? Хімічне визначення

Перш ніж відповісти, чи іржавіє латунь, ми повинні визначити іржа.

Хімія іржі

Іржа - це загальна назва гідратованого заліза(III) оксид (Fe₂O₃·nH₂O). Утворюється при залізі (Феод) реагує з киснем (O₂) і вода (H₂O) через електрохімічний процес:

Характеристики Rust

Критична точка: Оскільки латунь містить немає значного металевого заліза, це не може утворювати іржу.

Червонувато-коричневе або зеленувато-коричневе знебарвлення, яке з’являється на латунних поверхнях, є тьмяність або патина, не іржавіє.

2. Що таке латунь? Металургія і композиція

Визначення та склад

Латунь є мідно-цинковим (Cu-Zn) сплав. Вміст цинку коливається від 5% до понад 40%, з додатковими елементами, такими як свинець, жерстя, алюміній, кремнію, або миш'як, доданий для певних властивостей.

Фазова діаграма мідь-цинк

Латунь — це твердий розчин цинку в міді. Додавання цинку зміцнює сплав завдяки зміцненню в твердому розчині, але також значно змінює його корозійну поведінку.

Ключові металургійні точки:

• Альфа фаза (Структура FCC) – пластичний, Хороша резистентність до корозії.
• Бета-фаза (Структура ОЦК) – важче, більш схильні до дезинцинації.
• Фазовий баланс залежить від вмісту цинку і температури.

3. Як насправді роз’їдається латунь

Хоча латунь не може іржавіти, він залишається хімічно активним і постійно взаємодіє з навколишнім середовищем.

Ці взаємодії призводять до кількох різних механізмів корозії, кожен керується різними електрохімічними принципами та умовами навколишнього середовища.

На відміну від іржавіння сталі, Корозія латуні зазвичай прогресує через послідовність поверхневих трансформацій, починаючи з м'якого окислення і, в більш агресивних умовах, переростаючи в локалізовану електрохімічну атаку.

Початкове фарбування поверхні: Перший етап окислення латуні

Найперша і найпоширеніша зміна, яка спостерігається на латуні заплямування.

Коли щойно виготовлена ​​латунь піддається впливу повітря, Атоми міді та цинку на поверхні повільно реагують з киснем повітря.

Спочатку, ця реакція утворює надзвичайно тонкий шар, що складається переважно з:

• Оксид міді (Cu₂O і CuO)
• Оксид цинку (ZnO)

Ця оксидна плівка поступово змінює зовнішній вигляд латуні з початкового яскраво-золотистого кольору на:

• Світло-жовтий
• Коричневий
• Темно-коричневий
• Сірий

Швидкість потьмяніння залежить від таких факторів, як:

• Відносна вологість
• Температура
• Забруднення повітря
• Сірковмісні гази
• Відбитки пальців і шкірний жир

На відміну від сталевої іржі, цей тонкий шар оксиду є компактним, прихильник, і взагалі захисні.

Замість прискорення деградації, він діє як бар'єр, який зменшує подальшу дифузію кисню в базовий сплав.

З інженерної точки зору, Потьмяніння - це перш за все естетична зміна, яка мало впливає на структурні характеристики латунних компонентів.

Утворення патини: Природне захисне покриття

При тривалому перебуванні на відкритому повітрі, особливо ті, що містять вологу та вуглекислий газ, латунь піддається подальшим хімічним реакціям, які призводять до розвитку a патина.

Патина складається в основному зі стійких продуктів корозії, таких як:

• Карбонат міді
• Основний карбонат міді
• Гідроксид міді
• Мідний купорос (в забруднених атмосферах)

Залежно від умов середовища, поверхня може мати кольори в діапазоні від темно-коричневого до характерного зеленого або синьо-зеленого, який можна побачити на історичних пам’ятках і архітектурних об’єктах.

На відміну від іржі, який є пористим і безперервно поширює корозію, зріла патина щільна, хімічно стійкий, і дуже захисний.

Він ізолює базовий сплав від атмосфери, значно уповільнює подальшу корозію.

Ця природна пасивація пояснює, чому багатовікові скульптури з латуні, декоративна фурнітура, архітектурні елементи спадщини часто зберігають чудову структурну цілісність, незважаючи на тривале перебування на відкритому повітрі.

Знецинкування: Найбільш значуща форма корозії латуні

У той час як потьмяніння та утворення патини, як правило, доброякісні, знецинкування є руйнівним механізмом корозії, який може серйозно погіршити механічні властивості латуні.

Знецинкування - це процес селективного вилуговування, в якому цинк, будучи більш електрохімічно активним, ніж мідь, переважно розчиняється зі сплаву під впливом певних електролітів, особливо хлоридовмісну воду.

У міру видалення цинку, матеріал, що залишився, стає пористим, багатий міддю скелет зі значно зниженою міцністю та здатністю витримувати тиск.

Серед типових станів, що сприяють децинцинації,:

• Гаряча питна вода
• Морська вода
• Високохлоридні розчини
• Системи стоячої води
• Слабокислі середовища

Видимі індикатори включають:

• Червонувате або рожеве забарвлення
• Білі відкладення, що складаються з продуктів корозії цинку
• Поверхнева ямка
• Підвищена пористість
• Витік у компонентах, що знаходяться під тиском

Для критичних сантехнічних і морських застосувань, стійкий до знецинкування (RDA) латунь спеціально розроблений з контрольованими легуючими добавками для придушення цього селективного механізму корозії та продовження терміну служби.

Стрес -корозія розтріскувань: Прихований механізм відмови

Інше важливе, хоча й рідше, процес деградації є корозійне розтріскування під напругою (SCC).

SCC виникає, коли три умови існують одночасно:

• Чуйний латунний сплав
• Тривала напруга розтягування (або застосований, або залишковий)
• Специфічне агресивне середовище, особливо такий, що містить аміак або сполуки амонію

Замість того, щоб спричиняти рівномірні матеріальні втрати, SCC призводить до виникнення та поширення тонких тріщин, часто вздовж меж зерен.

Ці тріщини можуть збільшуватися з невеликою видимою поверхневою корозією і в кінцевому підсумку можуть призвести до раптової, крихкий злам.

До компонентів особливого ризику входять:

• Штоки клапанів
• Компресійні фітинги
• Кріплення
• Пружини
• Прецизійно оброблені деталі, що піддаються залишковим механічним напругам

Теплова обробка для зняття стресу, правильний вибір сплаву, та уникнення середовища, багатого аміаком, є ефективними стратегіями мінімізації сприйнятливості SCC.

Рівномірна та локалізована корозія

В агресивних хімічних середовищах, латунь також може відчувати рівномірна корозія, де матеріал поступово розчиняється по всій відкритій поверхні, або локалізована корозія, де атака зосереджена в окремих областях.

Сильні кислоти, сильні луги, деякі промислові хімікати можуть розчиняти захисні оксидні плівки, що призводить до вимірних втрат металу з часом.

На відміну від іржі, однак, ці процеси не утворюють великих відкладень оксиду заліза. Натомість, сплав повільно стає тоншим або утворює локальні ямки, в той час як загальний спосіб деградації залишається принципово відмінним від іржавіння чавуну та сталі.

Отже, оцінка довговічності латуні вимагає розуміння її специфічних механізмів корозії, а не застосування концепцій, пов’язаних із чорними матеріалами.

Гальванічна корозія

Коли латунь поєднується з більш благородним металом (Напр., нержавіюча сталь, мідь) в провідному середовищі, латунь стає анодом і переважно піддається корозії.

4. Латунь проти. Бронза: Порівняння корозії

Латунь і бронзу часто плутають. Їх корозійна поведінка відрізняється через основний легуючий елемент (цинк в латуні; олово в бронзі).

5. Фактори навколишнього середовища, що впливають на корозію латуні

Хоча латунь не іржавіє, його корозійна поведінка сильно залежить від середовища, в якому він працює.

На стійкість захисної оксидної плівки, яка природним чином утворюється на латуні, можна значно вплинути вологість, забруднюючі речовини, температура, хімія води, pH, і механічні навантаження.

Вологість і вологість

Волога є одним із найвпливовіших факторів, що впливають на корозію латуні.

Вода виконує роль електроліту, уможливлення електрохімічних реакцій між поверхнею сплаву та навколишнім середовищем.

У міру підвищення відносної вологості повітря, на поверхні латуні поступово утворюється тонка плівка вологи, сприяння дифузії кисню та транспорту іонів.

На сухому повітрі, окислення відбувається повільно і зазвичай утворює лише тонкий, компактна оксидна плівка.

У міру підвищення вологості, прискорюється окислення, що призводить до більш вираженого потьмяніння та можливого утворення патини.

У постійно вологих або занурених умовах, захисний оксидний шар може стати нестійким, підвищення ймовірності локалізованої корозії.

Вплив вологості на корозію латуні можна підсумувати таким чином:

Забруднювачі атмосфери

Забруднювачі повітря можуть різко змінити корозійну поведінку латуні шляхом взаємодії з її природним захисним оксидним шаром.

Промислові викиди, морські аерозолі, хімічні пари часто прискорюють деградацію поверхні за допомогою специфічних електрохімічних механізмів.

Найзначніші забруднювачі атмосфери, що впливають на латунь, включають сполуки сірки, хлориди, аміак, і окислювальні гази.

Діоксид сірки (SO₂)

Діоксид сірки, зазвичай зустрічається в промислових і міських середовищах, легко реагує з міддю на поверхні латуні з утворенням сульфідів міді.

Ці сполуки створюють характерний темно-коричневий або чорний наліт, який часто спостерігається на латуні під впливом забрудненого повітря..

Хоча ця пляма загалом поверхнева, тривалий вплив може прискорити загальну швидкість окислення та погіршити естетичний вигляд декоративних компонентів.

Хлоридовмісні середовища

Хлорид-іони є одними з найбільш агресивних видів, що впливають на латунь.

Прибережні регіони, Офшорні платформи, опріснювальні установки, і морське обладнання постійно піддаються впливу насиченого сіллю повітря.

Хлориди дестабілізують пасивний оксидний шар і сприяють:

• Локалізована ямка
• Щілинна корозія
• Знецинкування
• Гальванічна корозія за наявності різнорідних металів

Для цих програм, морська латунь, кремнієва латунь, або стійкі до знецинкування (RDA) зазвичай рекомендується латунь.

Вплив аміаку

Хоча на ненапружену латунь аміак мало впливає, він стає дуже руйнівним у поєднанні із залишковою або прикладеною напругою розтягування.

За цих умов, аміак може проникати через межі зерен і ініціювати корозійне розтріскування під напругою (SCC).

Це явище особливо небезпечно тим, що:

• Тріщини можуть утворитися без значних матеріальних втрат.
• Збій може статися раптово з невеликим зовнішнім попередженням.
• Механічна міцність погіршується задовго до появи видимої корозії.

Такі компоненти, як штоки клапанів, компресійні фітинги, пружини, і кріплення вимагають ретельного вибору сплаву та обробки для зняття напруги, коли очікується вплив аміаку.

Озон і сильні окисні атмосфери

Озон є високоактивним окислювачем, який збільшує швидкість утворення оксидної плівки на латунних поверхнях.

Хоча отриманий оксидний шар може залишатися захисним за м’яких умов, тривалий вплив високих концентрацій озону може прискорити знебарвлення та старіння поверхні.

Температура

Температура безпосередньо впливає на кінетику корозії шляхом збільшення атомної дифузії, швидкості хімічних реакцій, і електрохімічна активність.

Загалом, кожне підвищення температури прискорює окислення та корозію, хоча конкретний механізм залежить від сплаву та робочого середовища.

pH водних розчинів

Кислотність або лужність водного середовища має великий вплив на корозію латуні, оскільки pH впливає як на стабільність захисних оксидних плівок, так і на електрохімічне розчинення міді та цинку..

6. Продукти корозії латуні: Що з'являється на поверхні?

Знебарвлення, яке з’являється на латунних поверхнях, не є іржею; це суміш сполук міді та цинку.

7. Запобігання корозії латуні

Вибір сплаву

Поверхневі обробки

Покриття та інгібітори

8. Очищення та обслуговування латуні

Хоча латунь дуже стійка до іржі та забезпечує чудову довговічність, на його зовнішній вигляд і корозійну стійкість можна істотно вплинути належним обслуговуванням.

Регулярне чищення для щоденного обслуговування

Регулярний очищення латунних деталей є найпростішим і ефективним способом продовження терміну служби.

Видалення пилу, змастити, відбитки пальців, солі, і промислові забруднювачі допомагають запобігти прискоренню окислення або ініціації локалізованої корозії.

Для більшості побутових і промислових застосувань, м’якої тканини, змішаної з теплою водою та м’яким мильним розчином, достатньо, щоб видалити поверхневий бруд, не пошкоджуючи захисну оксидну плівку.

Після очищення, поверхню слід завжди ретельно промивати чистою водою і повністю висушувати, щоб запобігти корозії, що залишилася вологою.

Регулярне прибирання особливо корисно для:

• Декоративна фурнітура
• Дверні ручки
• Сантехніка
• Музичні інструменти
• Точні механічні компоненти
• Електричне обладнання

На відміну від агресивного полірування, ніжне очищення зберігає цілісність природного оксидного шару, зберігаючи привабливий зовнішній вигляд.

Видалення плям

Як латунь старіє, окислення поступово змінює свій яскраво-золотистий колір на відтінки коричневого, темна бронза, або чорний.

Це потьмяніння зазвичай обмежується поверхнею і не вказує на структурне погіршення.

Декілька методів очищення можуть ефективно видалити плями.

М’які органічні миючі розчини

Натуральні кислотні очисники, наприклад, оцет у поєднанні з сіллю або лимонний сік, змішаний з харчовою содою, широко використовуються для видалення помірного нальоту.

М’яка кислота розчиняє поверхневе окислення, а м’яка абразивна дія допомагає відновити початковий металевий фініш.

Однак, оскільки ці розчини кислі, вони не повинні залишатися на латунній поверхні протягом тривалого часу.

Після лікування, компонент слід ретельно промити чистою водою та негайно висушити, щоб усунути будь-який залишковий кислотний залишок.

Ці методи, як правило, підходять для:

• Декоративні латунні прикраси
• Побутові пристосування
• Кухонна фурнітура
• Злегка потьмянілі аксесуари

Комерційні поліролі для латуні

Для сильно потьмянілої латуні, комерційні полірувальні суміші забезпечують швидші та стійкіші результати.

Ці продукти зазвичай містять дрібні абразивні частинки та хімічні чистячі засоби, які усувають окислення та повертають характерний золотистий блиск.

При цьому полірування значно покращує зовнішній вигляд, він також видаляє частину природно розвиненого шару оксиду та, в деяких випадках, захисна патина.

Надмірне або часте полірування може поступово зменшити захист поверхні та змінити зовнішній вигляд антикварних або історичних предметів з латуні.

Отже, комерційне полірування слід використовувати вибірково, а не як регулярне обслуговування.

Засоби для чищення, яких слід уникати

Не всі хімічні засоби для чищення підходять для латуні.

Однією з найважливіших запобіжних заходів є уникайте миючих засобів на основі аміаку, особливо для напружених або несучих латунних компонентів.

Аміак добре відомий своєю активністю корозійне розтріскування під напругою (SCC) у сприйнятливих латунних сплавах.

Навіть відносно низькі концентрації можуть проникати через межі зерен і ініціювати мікроскопічні тріщини в поєднанні із залишковими або прикладеними напругами розтягування.

З цієї причини, ніколи не можна використовувати чистячі засоби, що містять аміак:

• Компоненти клапана
• Компресійні фітинги
• Пружини
• Кріплення
• Гільзи
• Точні механічні частини

Аналогічно, висококонцентровані кислоти, сильні луги, абразивна сталева вата, і агресивних шліфувальних інструментів слід уникати, якщо вони спеціально не рекомендовані для промислової реставрації.

Захисна обробка поверхонь

Само по собі очищення не запобігає подальшому окисленню.

Після очищення поверхні, багато латунних компонентів отримують додаткові захисні обробки, які ізолюють метал від вологи та атмосферних забруднювачів.

Загальні методи захисту включають:

Воскові покриття

Мікрокристалічний віск або високоякісний пастоподібний віск утворює тонкий гідрофобний бар'єр на поверхні латуні.

Воскові покриття мають ряд переваг:

• Зменшити вплив кисню
• Відштовхують вологу
• Повільне тьмяніння
• Зберігає зовнішній вигляд поверхні
• Зберігає природний металевий блиск

Восковий захист широко використовується для декоративної архітектурної латуні та музейних артефактів.

Захисні масла

Легкі мінеральні масла часто наносять на промислові латунні компоненти під час зберігання або транспортування.

Масляні плівки захищають від:

• Вологість
• Відбитки пальців
• Тимчасове атмосферне окислення

Хоча масляні покриття вимагають періодичного оновлення, вони забезпечують недороге рішення для короткочасного захисту від корозії.

Лакові покриття

Прозорий лак утворює прозорий захисний бар'єр, який запобігає прямому контакту латунної поверхні з навколишнім середовищем.

Зазвичай наносять лакові покриття:

• Дверна фурнітура
• Освітлювальні прилади
• Декоративне оздоблення
• Музичні інструменти

При правильному догляді, лак значно зменшує потребу в поліруванні, перш за все, запобігаючи виникненню окислення.

Гальванічні покриття

Для вимогливих промислових застосувань, на латунь можна нанести гальванічне покриття металами, такими як нікель або хром.

Гальваніка забезпечує:

• Покращена стійкість до корозії
• Вища зносостійкість
• Покращений декоративний вигляд
• Підвищена хімічна стійкість

Електричні роз’єми часто покривають оловом, срібло, або золото для підтримки низького контактного опору, одночасно захищаючи підкладку з латуні.

Збереження природної патини

Не всю латунь слід полірувати до блиску.

Для багатьох архітектурних, історичний, та художні аплікації, природна патина вважається як естетично цінною, так і функціонально корисною.

Зелена або темно-бронзова поверхня, яку можна побачити на історичних будівлях і пам’ятниках, не є ознакою погіршення стану, а є стійким захисним шаром, який уповільнює подальшу корозію..

Отже, Фахівці з консервації зазвичай зберігають, а не видаляють зрілу патину.

Для архітектурної латуні, що піддається зовнішньому впливу, технічне обслуговування часто складається з періодичного чищення з наступним нанесенням захисного воску, дозволяючи патині продовжувати природний розвиток.

9. Застосування, де корозія латуні має значення

10. Підсумкове порівняння: Латунь проти іржі

11. Висновок

Отже, робить латунну іржу? Наукова відповідь однозначна: Ні. Латунь не іржавіє, тому що іржа є унікальним продуктом корозії заліза та сталі, тоді як латунь - це мідно-цинковий сплав, який практично не містить заліза.

Все -таки, латунь не захищена від погіршення навколишнього середовища.

Протягом усього терміну служби, він піддається різноманітним процесам корозії, включаючи окислення, заплямування, утворення патини, знецинкування, і, за конкретних умов, корозійне розтріскування під напругою.

Ці механізми принципово відрізняються від іржавіння чорних матеріалів як у хімічному, так і в інженерному плані..

Зрештою, розуміння різниці між іржа і корозія латуні необхідний для інженерів, дизайнерів, виробники, і кінцевих користувачів.

Вибравши відповідний сплав, враховуючи робоче середовище, і застосування належних методів обслуговування,

латунні компоненти можуть забезпечити виняткову надійність, Відмінна резистентність до корозії, і надзвичайно довгий термін служби в широкому діапазоні промислових і комерційних застосувань.

 

Часті запитання

Латунь іржавіє у воді?

Ні, латунь не робить іржа (утворюють оксид заліза). Однак, латунь піддається корозії у воді, особливо застояної або кислої води, де може відбутися знецинкування.

Використовуйте латунь, стійку до знецинкування, для використання з водою.

Чому моя латунь зеленіє?

Зелений колір є захисною патиною основний карбонат міді (Cu₂CO3(ой)₂) .

Він утворюється, коли латунь піддається дії вологи та вуглекислого газу протягом тривалого часу. Це не шкідливо — воно фактично захищає метал.

Чи не ржавіє латунь у солоній воді?

Латунь не іржавіє, але він піддається корозії в солоній воді.

Латуні з високим вмістом цинку чутливі до децинкації та точкових утворень у хлоридному середовищі. Кремнієві латуні та бронзи є кращими для морських застосувань.

Латунь може іржавіти, як залізо?

Ні. Іржа властива залізу та його сплавам (сталь, чавун). Латунь не містить заліза (за винятком слідової домішки), тому він не може утворювати іржу.

Як видалити зелену корозію з латуні?

Для м’якої зеленої патини, скористайтеся комерційним поліролем для латуні або сумішшю лимонного соку та солі.

Для сильної або ямкової корозії, професійне очищення та стабілізація (з БТА) може знадобитися.

Чи чорніє латунь?

Так. У промислових атмосферах, що містять сполуки сірки, латунь утворює сіро-чорну плівку сульфіду міді. Це форма заплямування, не іржавіє.