مس فلزی است که به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد و ترکیبی منحصر به فرد از ویژگی‌ها را داراست، مانند شکل‌پذیری، چکش‌خواری و رسانایی. مانند هر فلز دیگری، مس نیز تحت یک فرایند تجزیه یا اکسیداسیون قرار می‌گیرد که شامل تغییرات فیزیکی و شیمیایی می‌شود. اکنون بیایید به عمق خوردگی مس بپردازیم.
مس زنگ می زند یا خورده می شود؟
خوردگی یک فرایند طبیعی است که هنگامی که فلزات با جو، مواد شیمیایی یا شرایط خاصی واکنش می‌دهند، رخ می‌دهد. این دگرگونی منجر به تغییر در ظاهر فلز، تغییر در خواص مکانیکی آن، و کاهش استحکام ساختاری می‌شود. مس در طی واکنش الکتروشیمیایی با محیط یک لایه اکسید مس قرمز-قهوه‌ای تشکیل می‌دهد.
زنگ زمانی تشکیل می‌شود که آلیاژهای فلزی حاوی آهن دچار فرایند اکسیداسیون شوند. با این حال، مس یک فلز غیرآهنی است، به این معنی که آهنی در آن وجود ندارد. از آنجا که وجود آهن برای تشکیل زنگ ضروری است، مس قطعاً زنگ نمی‌زند، بلکه خورده یا اکسید می‌شود زیرا مولکول‌های اکسیژن به سطح آن می‌نشینند و با اتم‌های مس ترکیب می‌شوند تا اکسید مس تشکیل دهند.
برخلاف اکسید آهن، اکسید مس با گذشت زمان متلاشی نمی‌شود. این اکسید یک لایه محافظ روی سطح مس تشکیل می‌دهد که به‌تدریج ضخیم‌تر می‌شود تا زمانی که به کربنات مس تبدیل شود. این لایه جدید که پتینا نامیده می‌شود، به عنوان یک سپر عمل می‌کند که از مس بدون خوردگی درون آن محافظت می‌کند. به علاوه، پتینا آسیب دیده به طور خودکار بازسازی می‌شود.
خوردگی مس یک فرایند آهسته است، به ویژه در محیط‌های بدون آلودگی. بنابراین، ماه‌ها یا حتی سال‌ها طول می‌کشد تا سطح مس کدر شده و به تدریج به رنگ قهوه‌ای تیره یا سیاه درآید و در نهایت به رنگ آبی-سبز مشخص تغییر کند.
تشکیل پتینا می‌تواند به اجبار انجام شود، زیرا برای برخی کاربردها ظاهر خاصی مطلوب است در حالی که کسی زمان صبر برای تغییر طبیعی مس را ندارد. این کار با درمان سطح مس با مواد شیمیایی مختلف یا عوامل خورنده مانند نیترات فریک، تیوسولفات سدیم، و پتاسیم سولفید انجام می‌شود. با استفاده از روش‌های مختلف و قرار دادن مس در معرض دما و رطوبت‌های مختلف، می‌توان رنگ‌ها و سایه‌های متنوعی به دست آورد.
در برخی کاربردهای مس، مؤثرترین راهبرد حذف کامل پتینا و نگه‌داشتن مس در خالص‌ترین حالت آن است. مثالی از این کاربردها سیم‌های مسی است که در حالت بدون پتینا بیشترین رسانایی الکتریکی خود را دارند. پوشش‌دهی با موم، پولیش کردن، و استفاده از محلول‌های خاص، مس را از عوامل خوردگی محافظت کرده و از اکسیداسیون و تیرگی آن جلوگیری می‌کند.
شرایطی که به خوردگی مس کمک می کند.
شرایط خاصی وجود دارد که خوردگی مس را تشدید می‌کند یا آن را تسریع می‌بخشد. این شرایط عبارتند از:
قرارگیری در معرض شرایط محیطی که حاوی آب شور، گرما یا ترکیبات اسیدی است، سطح مس را تضعیف می‌کند.
جریان مستقیم یا متناوب القا شده در خاک‌ها، سرعت خوردگی لوله‌های مسی زیرزمینی را تسریع می‌کند.
خوردگی گالوانیک زمانی رخ می‌دهد که فلزات ناهمگون در تماس با مس قرار گیرند. نمونه‌ای از این وضعیت تماس لوله مسی با لوله فولادی است که تفاوت‌های در رسانایی الکتریکی باعث خوردگی می‌شود. آسان‌ترین راه برای جلوگیری از عمل گالوانیک، عایق‌بندی مس از فلزات دیگر است.
خاک‌های به شدت تهاجمی می‌توانند خوردگی مس را در حضور غلظت‌های بالای کلرید، سولفات، ترکیبات آمونیاک و رطوبت تسهیل کنند.
تماس با مقادیر بالای اسیدهای آلی و معدنی باعث تخریب سطح فلز مس و حذف لایه محافظتی می‌شود.
خستگی خوردگی ممکن است از اعمال استرس مداوم به فلزات مس شکل‌پذیر رخ دهد. جریان آب پرسرعت و متلاطم درون لوله‌های مسی ممکن است باعث فرسایش و خوردگی موضعی شود. انقباض و انبساط دوره‌ای لوله‌های مسی نیز استرس ایجاد می‌کند که خستگی را افزایش می‌دهد.
سطوح بالای اتم‌های اکسیژن موجود در محیط از طریق اکسیداسیون تسریع‌شده به سطح فلز آسیب می‌زند.
مثالی از خوردگی مس- مجسمه آزادی نیویورک
یک مثال عالی از خوردگی مس در مجسمه آزادی در نیویورک قابل مشاهده است. این مجسمه در سال 1886 ساخته شد و در ابتدا رنگ قهوه‌ای درخشانی داشت، اما حدود 10 سال قرارگیری در معرض محیط طبیعی در کنار آب نیویورک طول کشید تا رنگ آن به پتینا آبی-سبز تغییر کند. 15 سال دیگر طول کشید تا پتینا به طور کامل شکل بگیرد.
حتی سیاست‌مدارانی بودند که پیشنهاد دادند مجسمه به رنگ قهوه‌ای درخشان دوباره رنگ‌آمیزی شود، اما خوشبختانه، عموم مردم با این طرح موافق نبودند. امروزه، ظاهر آبی-سبز آن مورد پسند همه است. برخی استدلال کرده‌اند که مجسمه باید هر 50 سال یکبار پولیش شود تا هر نسل بتواند تغییر تدریجی رنگ‌ها را دوباره تجربه کند. اما این ایده عملی نیست. از آنجا که مجسمه فقط حدود 2.4 میلی‌متر ضخامت دارد، پس از چندین چرخه ممکن است بیش از حد نازک شود و در نهایت هیچ مجسمه‌ای باقی نماند.
خوردگی بر طراحی اصلی مجسمه تأثیر گذاشت که ترکیبی از ساختار اسکلت آهنی و پوسته مسی بود. خوردگی گالوانیک بین این دو عنصر رخ داد و آب باران به عنوان یک الکترولیت عمل کرد. ساختار آهنی با یک لایه پوششی روی پوشانده شد و بخش‌های خورده شده با فولاد ضدزنگ جایگزین شدند.
مرمت اساسی نیازمند 8,000 فوت مربع ورق مسی بود تا بخش‌هایی مانند بام و مشعل را جایگزین کند، در حالی که شعله مشعل با مس جامد و ورق طلایی جایگزین شد. مشعل جایگزین قبل از نصب در سال 1986، از پیش پتینیزه شده بود تا با بقیه مجسمه هماهنگی داشته باشد. پتینای مصنوعی طی چند سال از بین رفت و مس کدر شده را نمایان کرد. بیش از بیست سال طول کشید تا مس قهوه‌ای کدر پتینای خود را به دست آورد.
اثرات خوردگی بر آلیاژ های مس
مس معمولاً با فلزات دیگر ترکیب می‌شود، زیرا عنصری بسیار شکل‌پذیر و چکش‌خوار است. آلیاژهای متداول مس شامل برنز (88 درصد مس، 12 درصد قلع) و برنج (66 درصد مس، 34 درصد روی با آثار آهن و سرب) هستند.
آلیاژهای مس با مس خالص تفاوت دارند و به شیوه‌ای متفاوت از مس خالص خورده می‌شوند. یک آلیاژ مس ممکن است در هنگام خوردگی به رنگی متفاوت از سبز تبدیل شود. برای مثال، برنج به رنگ قهوه‌ای طلایی در می‌آید، در حالی که برنز ممکن است به رنگ سبز آهکی تا قهوه‌ای تیره تغییر کند.
رفتار خوردگی بین آلیاژهای مس بسته به خواص فیزیکی و شیمیایی، محیط، استرس و عوامل دیگر متفاوت است.
آلیاژهای مس مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی تحت شرایط خاص از خود نشان می‌دهند. در اینجا چند مثال آورده شده است
برنج آلومینیوم در برابر خوردگی ناشی از برخورد آب شور با سرعت بالا مقاوم است.
برنز آلومینیوم در برابر حملات شیمیایی از محلول‌های سولفیت مقاوم است.
آلیاژهای مس سیلیکون در مقایسه با برنج مقاومت زیادی در برابر ترک خوردگی ناشی از استرس نشان می‌دهند.
آلیاژهای نیکل نقره مقاومت عالی در برابر خوردگی در معرض آب شیرین و آب شور دارند.