Corrosion du cuivre et de ses alliages : causes et solutions

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Le cuivre et les alliages de cuivre ont une conductivité électrique et thermique élevée, peuvent être usinés, ont une bonne résistance à la corrosion, ils sont donc activement utilisés dans de nombreuses industries. Mais lorsqu'il pénètre dans un certain environnement, la corrosion du cuivre et de ses alliages se manifeste encore. Qu'est-ce que c'est et comment protéger les produits contre les dommages, nous examinerons dans cet article.

Qu'est-ce que la corrosion

Il s'agit de la destruction des métaux à la suite d'une exposition à l'environnement. Dans les pays dotés d'une industrie bien développée, les dommages causés par la corrosion représentent 4 à 5% du revenu national. Non seulement les métaux se détériorent, mais aussi les mécanismes et les pièces qui en sont fabriqués, ce qui entraîne des coûts très élevés. Les pipelines corrodés laissent souvent échapper des produits chimiques nocifs, entraînant une pollution du sol, de l'eau et de l'air. Tout cela nuit à la santé des gens. La corrosion du cuivre est sa destruction spontanée sous l'influence d'éléments individuels de l'environnement humain. La cause des dommages au métal est l'instabilitéaux substances individuelles dans l'air. Plus la température est élevée, plus le taux de corrosion est élevé.

Propriétés du cuivre

Le cuivre est le tout premier métal que l'homme a commencé à utiliser. Il est de couleur dorée, et dans l'air il se recouvre d'un film d'oxyde et acquiert une couleur rouge-jaune, ce qui le distingue des autres métaux qui ont une teinte grise. Il est très plastique, a une conductivité thermique élevée, est considéré comme un excellent conducteur, juste après l'argent. Dans l'acide chlorhydrique faible, l'eau douce et l'eau de mer, la corrosion du cuivre est négligeable.

À l'air libre, le métal s'oxyde avec formation d'un film d'oxyde qui protège le métal. Au fil du temps, il s'assombrit et devient brun. La couche qui recouvre le cuivre s'appelle la patine. Il change sa couleur du brunâtre au vert et même au noir.

Corrosion électrochimique

C'est le type le plus courant de destruction de produits métalliques. La corrosion électrochimique détruit les pièces des machines, diverses structures situées dans le sol, l'eau, l'atmosphère, les liquides de lubrification et de refroidissement. Il s'agit d'un endommagement de la surface des métaux sous l'influence d'un courant électrique, lorsque, lors d'une réaction chimique, des électrons sont libérés et transférés des cathodes aux anodes. Ceci est facilité par la structure chimique hétérogène des métaux. Lorsque le cuivre entre en contact avec le fer, une cellule galvanique apparaît dans l'électrolyte, où le fer devient l'anode et le cuivre devient la cathode, car le fer dans la série de tensions selon le tableau périodique se trouve à gauche du cuivre et est plus actif.

Dans une paire de fer avec du cuivre, la corrosion du fer se produit plus rapidement que celle du cuivre. En effet, lorsque le fer est détruit, ses électrons passent au cuivre, qui reste protégé jusqu'à ce que toute la couche de fer soit complètement détruite. Cette propriété est souvent utilisée pour protéger les pièces et les mécanismes.

Effet des impuretés sur la détérioration des métaux

On sait que les métaux purs ne se corrodent pratiquement pas. Mais en pratique, tous les matériaux contiennent une certaine quantité d'impuretés. Comment affectent-ils la sécurité lors du fonctionnement des produits ? Supposons qu'il existe une pièce composée de deux métaux. Considérez comment se produit la corrosion du cuivre avec l'aluminium. Lorsqu'il est exposé à l'air, sa surface est recouverte d'une fine pellicule d'eau. Il convient de noter que l'eau se décompose en ions hydrogène et en ions hydroxyde, et que le dioxyde de carbone dissous dans l'eau forme de l'acide carbonique. Il s'avère que le cuivre et l'aluminium, immergés dans une solution, créent une cellule galvanique. De plus, l'aluminium est l'anode, le cuivre est la cathode (l'aluminium est à gauche du cuivre dans la série de tension).

Les ions aluminium pénètrent dans la solution et les électrons en excès passent au cuivre, déchargeant des ions hydrogène près de sa surface. Les ions d'aluminium et les tons d'hydroxyde se combinent et se déposent sur la surface de l'aluminium sous forme de substance blanche, provoquant une corrosion.

Corrosion du cuivre en milieu acide

Le cuivre présente une bonne résistance à la corrosion dans toutes les conditions car il déplace rarement l'hydrogène car il se trouve dans la série de tensions électrochimiquesse tient près des métaux précieux. L'utilisation généralisée du cuivre dans l'industrie chimique est due à sa résistance à de nombreux milieux organiques agressifs:

• nitrates et sulfures;
• résines phénoliques;
• acide acétique, lactique, citrique et oxalique;
• hydroxydes de potassium et de sodium;
• solutions faibles d'acide sulfurique et chlorhydrique.

Par contre, il y a une forte destruction du cuivre dans:

• solutions acides de sels de chrome;
• acides minéraux - perchlorique et nitrique, et la corrosion augmente avec l'augmentation de la concentration.
• acide sulfurique concentré, augmentant avec l'augmentation de la température;
• hydroxyde d'ammonium;
• sels oxydants.

Méthodes de préservation des métaux

Pratiquement tous les métaux dans un milieu gazeux ou liquide subissent une destruction de surface. Le principal moyen de protéger le cuivre de la corrosion consiste à appliquer une couche protectrice à la surface des produits, composée de:

• Métal - une couche de métal est appliquée sur la surface en cuivre du produit, qui est plus résistante à la corrosion. Par exemple, le laiton, le zinc, le chrome et le nickel sont utilisés comme cela. Dans ce cas, un contact avec l'environnement et une oxydation se produiront avec le métal utilisé pour le revêtement. Si la couche protectrice est partiellement endommagée, le métal de base, le cuivre, est détruit.
• Les substances non métalliques sont des revêtements inorganiques constitués de masse vitreuse, de mortier de ciment ou organiques - peintures, vernis, bitume.
• Chimiquefilms - la protection est formée par une méthode chimique, créant des composés sur la surface métallique qui protègent de manière fiable le cuivre de la corrosion. Pour ce faire, des films d'oxyde, de phosphate sont utilisés ou la surface des alliages est saturée d'azote, de substances organiques ou traitée avec du carbone, dont les composés le préservent de manière fiable.

De plus, un composant d'alliage est introduit dans la composition des alliages de cuivre, ce qui améliore les propriétés anti-corrosion, ou la composition de l'environnement est modifiée, en éliminant les impuretés et en introduisant des inhibiteurs qui ralentissent la réaction.

Conclusion

Le cuivre n'est pas un élément chimiquement actif, de ce fait, sa destruction est très lente dans presque tous les environnements. Par conséquent, il est largement utilisé dans de nombreux secteurs de l'économie nationale. Par exemple, le métal est très stable dans l'eau douce et salée propre. Mais à mesure que la teneur en oxygène augmente ou que le débit d'eau s'accélère, la résistance à la corrosion diminue.