Evaluering af elastomerers korrosionseffekt på kobber

Kobber er bredt værdsat for sin fremragende elektriske ledningsevne, termiske ledningsevne, duktilitet og iboende korrosionsbestandighed sammenlignet med mange metaller såsom jern. Det korroderer dog. Dette er en kemisk eller elektrokemisk reaktion med sine omgivelser og påvirker dets udseende, ydeevne og undertiden strukturelle integritet. Kobberkorrosion danner normalt et beskyttende lag, men under visse forhold kan det forårsage problemer.

Når kobber udsættes for luft og fugt, oxiderer det først og danner et tyndt, rødbrunt lag af kobberoxid. Med tiden, især udendørs eller i fugtige miljøer, omdannes dette til et mere komplekst, stabilt lag kaldet patina gennem reaktioner med kuldioxid, svovlforbindelser, ilt og andre atmosfæriske elementer. Denne patina er yderst gavnlig: den fungerer som en barriere, der betydeligt bremser yderligere korrosion og beskytter det underliggende metal. Under de fleste atmosfæriske forhold forbliver korrosionshastigheden meget lav, og patinaen forbedrer materialets holdbarhed i stedet for at beskadige det.

Selvom patina i mange tilfælde er beskyttende, kan korrosion have skadelige virkninger under visse forhold:

• Materialetab og strukturel svækkelse: I aggressive miljøer (f.eks. surt vand, jord med højt kloridindhold eller forurenet luft) kan korrosion blive lokaliseret snarere end homogen. Typer omfatter:
• Grubetæring: Dybe, lokaliserede huller i rør, der kan føre til lækager fra småhuller.
• Erosionskorrosion: Accelereret af turbulent vandstrøm med høj hastighed fjerner den beskyttende film og udtynder rørvæggene.
• Galvanisk korrosion: Når kobber kommer i kontakt med mindre ædle metaller (for eksempel i blandede rørsystemer), fungerer det som katode og accelererer korrosionen af ​​det andet metal, men kobberet i sig selv beskadiges mindre.
• Forringelse af egenskaber: Overdreven korrosion reducerer den mekaniske styrke, øger i nogle tilfælde sprødheden og forringer ledningsevnen, hvis der dannes tykke isoleringslag. I elektriske eller termiske anvendelser kan selv mindre overfladeændringer påvirke ydeevnen.
• Frigivelse af kobber til vand (VVS-systemer): Ætsende vand (lav pH, blødt vand, højt klorid/sulfatindhold, stagnation) opløser kobber fra rør og fører til:
• Blågrøn misfarvning på armaturerne.
• En metallisk eller bitter smag i drikkevand.
• Høje kobberniveauer, der kan overskride sundhedsvejledningerne.
• Undergrundskorrosion/jordkorrosion: I nogle jordtyper (højt sulfat-/kloridindhold, dårlig dræning, fugt) forringes beskyttelsesfilmen, hvilket fører til accelereret erosion.
• Andre specifikke effekter: I biobrændstoffer eller olier indikerer kobberkorrosion (målt ved kobberstrimmeltest) brændstofnedbrydning. I anlæg til opbevaring af nukleart affald eller marine miljøer kan kloridioner øge korrosionshastigheden, selv ved lave iltniveauer.

Generelt er kobberkorrosion normalt selvbegrænsende og beskyttende, hvilket gør det til et af de mest holdbare metaller til tagdækning, VVS og elektriske applikationer. Problemer opstår hovedsageligt under aggressive eller stillestående forhold, og i disse tilfælde er forebyggende foranstaltninger nødvendige (f.eks. vandbehandling, belægninger eller valg af legering).

Forskellige metoder anvendes til at evaluere den korrosive effekt af elastomerer - gummilignende polymerer, der almindeligvis anvendes i pakninger, tætninger eller belægninger - på kobber.

Elastomerer kan være modtagelige for korrosion gennem udvaskning af forbindelser som svovl, syrer, aminer eller halogener. Disse forbindelser reagerer med kobber og danner oxider, sulfider eller andre ætsende biprodukter. Dette er især vigtigt i anvendelser, hvor elastomerer kommer i kontakt med kobberkomponenter, såsom bil-, el- eller VVS-systemer. Vurdering involverer typisk kontrollerede eksponeringstest efterfulgt af kvantitativ eller kvalitativ evaluering.

De grundlæggende tilgange er som følger:

• Kontakteksponeringstest i kontrollerede miljøer: Disse tests accelererer korrosion og giver hurtigere resultater ved at simulere virkelige forhold, hvor elastomerer er i direkte kontakt med kobber. Til accelereret testning anvendes korrosive miljøer såsom et saltspraykammer (ASTM B117-standard) eller en 3-5% natriumkloridopløsning til at efterligne marine eller industrielle miljøer.

Evaluering udføres som følger:

• Visuel inspektion: Der anvendes en 5-punkts skala (0 ingen korrosion, 1 meget let, f.eks. mindre misfarvning), 2 let grubetæring, 3 moderat, synlig patina eller aflejringer, 4 stærk, dyb grubetæring, 5 ekstrem strukturel skade).
• Gravimetrisk (vægttabs) måling: Kobberprøver vejes før og efter eksponering. Korrosionsprodukterne renses med en mild syre, tørres, og massetabet beregnes. Et højt tab indikerer høj korrosionsgrad.
• Dimensionsændringer: Elastomertykkelsen måles før og efter for at kontrollere for hævelse eller deformation. Dette kan være relateret til infiltration af aggressive forbindelser.
• Elektrokemiske metoder: Disse giver kvantitative data om korrosionskinetik og er egnede til præcise laboratorieevalueringer.
• Elektrokemisk impedansspektroskopi: Kobber-elastomer-enheder nedsænkes i en elektrolyt. Der anvendes en opsætning med tre elektroder: kobber som arbejdselektrode, platin som modelektrode og sølv/sølvchlorid som referenceelektrode. En lille vekselspænding påføres i frekvensområdet før og efter eksponering. Lavere polarisationsmodstand indikerer en højere korrosionshastighed på grund af elastomereffekten.
• Potentielt dynamisk polarisering: Dette er en opsætning, der ligner elektrokemisk impedansspektroskopi. Testen udføres med og uden elastomerkontakt. Højere strømtæthed betyder, at elastomeren korroderer hurtigere. For kobberlegeringer følges ASTM G61-standarden.
• Scanning Kelvin-probe: Ved hjælp af en mikrofelt-elektrokemisk arbejdsstation scannes kobberoverfladen før og efter elastomereksponering. Volta-potentialforskelle måles for at kortlægge korrosionszoner.
• De standardiserede tests specifikke for elastomerer på kobber er som følger:
• VW PV 3976 Slidstyrke af blanke overflader i køretøjers kabine.
• ASTM E478 Standard testmetoder til kemisk analyse af kobberlegeringer.
• ASTM G38 Standardpraksis for forberedelse og brug af C-ring spændingskorrosionsprøver

I mange år har vores organisation, med sit kompetente og erfarne personale, forstået sine kunders behov, leveret de avancerede testtjenester, de har brug for, og hjulpet med etablering, implementering og forbedring af ledelsessystemer. Inden for denne ramme leverer vi også tjenester til virksomheder til evaluering af elastomerers korrosive virkninger på kobber.