Атмосферная коррозия — это разрушение металла,
происходящее в результате физико-химических
процессов, протекающих на границе раздела твердая
фаза — газовая среда. При этом нередко фронт реакции
продвигается вглубь твердого тела, что приводит к
изменению объемных свойств металла. Скорость
коррозии и вид коррозионного разрушения зависят от
природы металлов, влажности, загрязненности
атмосферы, температуры. По природе и количеству
загрязняющих примесей атмосферу разделяют на
промышленную, сельскую, морскую.
Основным стимулирующим коррозию фактором является
влага. В сухой атмосфере (до 60% относительной
влажности) происходит окисление металла с
образованием защитной пленки оксидов, и коррозия
быстро затухает. При относительной влажности выше
60% на металле возможно периодическое возникновение
адсорбционных и фазовых пленок влаги. Загрязняющие
атмосферу примеси (SO2, NO2, CO, NH3) растворяются в
этих пленках, образуя электролит; появляются условия
протекания коррозии по электрохимическому механизму.
Заметная коррозия даже в промышленной атмосфере
развивается при относительной влажности выше 80%.
Существует критическое значение относительной
влажности, ниже которого коррозия незначительна: для
стали, меди, никеля и цинка эти значения лежат в
пределах 70%.
Средняя скорость коррозии металлов (в г/м2.сут) в
промышленной атмосфере ниже, чем в морской воде и
почве (табл.1):
| |
Сталь |
Цинк |
Медь |
| Сельская атмосфера |
— |
0,017 |
0,014 |
| Морская атмосфера |
0,29 |
0,031 |
0,032 |
| Пром. атмосфера |
0,15 |
0,10 |
0,029 |
| Морская вода |
3,5 |
1,0 |
0,8 |
| Почва |
0,5 |
0,3 |
0,07 |
На основании проведенных исследований было
установлено, что куприт является первичным продуктом
коррозии меди:
2Си +½О2 = Cu2O,
а малахит образуется из куприта:
Cu2O + ½О2 +CO2 + Н2O = СuСО3 Сu (ОН) 2
Эта последняя стадия требует присутствия диоксида
углерода (СО2) и, разумеется, влаги. Таким образом,
суммарный процесс коррозии меди на воздухе может
быть описан уравнением:
2Сu + О2+ Н2O + С O2 = СuСО3 Сu (ОН) 2
Коррозия меди в атмосфере, содержащей диоксид серы,
протекает очень медленно и приводит к образованию
патины сине-зеленого цвета. Наблюдение за крышами,
покрытыми медью, в Скандинавии показало, что
скорость образования патины увеличивалась при
возрастании концентрации SO, в атмосфере. Вновь
образующаяся патина coдepжит CuS04.6Cu (OH) 2, при
старении она превращается в CuS04.3Cu (OH) 2 —
брохантит. При повышении относительной влажности
увеличивается количество абсорбируемой SO2 на
поверхности меди.
С давних пор до наших дней сплав меди — бронза —
главный материал для изготовления памятников и
скульптур. Существует много сортов художественных
бронз, в большинстве из них присутствуют олово,
цинк, свинец и фосфор. Вводятся и другие элементы,
но редко применяются сплавы, легированные более чем
четырьмя элементами. Из оловянистых бронз
технический интерес представляют сплавы с
содержанием олова до 14% по массе. Причем стойкость
бронз против коррозии увеличивается с ростом
содержания олова в сплаве. В настоящее время для
изготовления монументальных скульптур на большинстве
заводов России применяют бронзу БрОЦС 5-5-5 состава
(в % по массе): Sn 4,0-6,0; Zn 4,0-6,0; Pb 4,0-6,0;
Сu — остальное, как наиболее технологичную и
относительно дешевую.
Испытания бронзы состава 92% Сu + 8% Sn в различных
атмосферах показали, что скорость коррозии очень
мала, но заметно зависит от атмосферы, в которой
проводились испытания:
| Скорость коррозии |
Пром.
атмосфера |
Морская атмосфера |
Сельская атмосфера |
| мм/год |
0,0147;
060183 |
0,0127;
0,0079
0,0206 |
0,0079;
0,0015 |
Высокая коррозионная стойкость меди и её сплавов с
оловом в естественных условиях объясняется
образованием на их поверхности тонких защитных слоев
так называемой патины. В промышленной атмосфере
химический состав патины соответствует брохантиту.
Диоксид серы, ускоряющий обычно коррозию металлов,
играет в образовании патины положительную роль. В
морской атмосфере в состав патины входит CuCl23Cu (OH)
2.
Цвет патины зависит от атмосферы. В атмосфере
промышленного города, содержащей сернистые
соединения, образуется зеленовато-черная или черная
пленка, в приморских районах — ярко-зеленая. В сухих
сельских местностях преобладают
красновато-коричневые пленки.
Патина, образовавшаяся на поверхности памятников или
скульптур с течением времени, органически присуща им
и является одним из основных элементов их истории.
Поэтому её следует сохранять с такой же
тщательностью, как и саму скульптуру или старинные
здания, камни которых разрушаются.
Существует много способов очистки памятников и
скульптур, но патину нужно оставлять, так как,
удаляя её слишком радикально, можно повредить как
металл, так и внешний вид памятника или скульптуры.
Для удаления следов пыли и гари с поверхности
скульптур широко используют метод обработки
поверхности мощными струями воды, однако от него
лучше отказаться, поскольку он может вызвать
отслоение патины и повреждение металла. |
