Utvärdering av elastomerers korrosionseffekt på koppar

Koppar är allmänt värderat för sin utmärkta elektriska ledningsförmåga, värmeledningsförmåga, duktilitet och inneboende korrosionsbeständighet jämfört med många metaller som järn. Det korroderar dock. Detta är en kemisk eller elektrokemisk reaktion med sin omgivning och påverkar dess utseende, prestanda och ibland strukturella integritet. Kopparkorrosion bildar vanligtvis ett skyddande lager, men under vissa förhållanden kan det orsaka problem.

När koppar utsätts för luft och fukt oxiderar den initialt och bildar ett tunt, rödbrunt lager av kopparoxid. Med tiden, särskilt utomhus eller i fuktiga miljöer, omvandlas detta till ett mer komplext, stabilt lager som kallas patina genom reaktioner med koldioxid, svavelföreningar, syre och andra atmosfäriska element. Denna patina är extremt fördelaktig: den fungerar som en barriär, vilket avsevärt bromsar ytterligare korrosion och skyddar den underliggande metallen. Under de flesta atmosfäriska förhållanden förblir korrosionshastigheten mycket låg, och patinan förbättrar materialets hållbarhet snarare än att skada det.

Även om patina är skyddande i många fall, kan korrosion ha skadliga effekter under vissa förhållanden:

Materialförlust och strukturell försvagning: I aggressiva miljöer (t.ex. sura vatten, jordar med hög kloridhalt eller förorenad luft) kan korrosion bli lokal snarare än homogen. Typer inkluderar:
Punktkorrosion: Djupa, lokala hål i rör som kan leda till läckage från småhål.
Erosionskorrosion: Accelererad av turbulent vattenflöde med hög hastighet, skalar den bort skyddande filmer och tunnar ut rörväggarna.
Galvanisk korrosion: När koppar kommer i kontakt med mindre ädla metaller (till exempel i blandade rörsystem) fungerar den som katod och accelererar korrosionen av den andra metallen, men kopparn i sig skadas mindre.
Försämring av egenskaper: Överdriven korrosion minskar den mekaniska hållfastheten, ökar i vissa fall sprödheten och försämrar ledningsförmågan om tjocka isoleringsskikt bildas. I elektriska eller termiska tillämpningar kan även mindre ytförändringar påverka prestandan.
Utsläpp av koppar i vatten (VVS-system): Frätande vatten (lågt pH, mjukt vatten, hög klorid/sulfathalt, stagnation) löser upp koppar från rör, vilket leder till:
Blågrön missfärgning på armaturerna.
En metallisk eller bitter smak i dricksvatten.
Höga kopparnivåer som kan överskrida hälsoriktlinjerna.
Korrosion i marken/underytan: I vissa jordar (hög sulfat-/kloridhalt, dålig dränering, fukt) försämras skyddsfilmen, vilket leder till accelererad erosion.
Andra specifika effekter: I biobränslen eller oljor indikerar kopparkorrosion (mätt med kopparbandstester) bränslenedbrytning. I anläggningar för lagring av kärnavfall eller marina miljöer kan kloridjoner öka korrosionshastigheten även vid låga syrehalter.

I allmänhet är kopparkorrosion vanligtvis självbegränsande och skyddande, vilket gör den till en av de mest hållbara metallerna för takläggning, VVS och eltillämpningar. Problem uppstår främst i aggressiva eller stillastående förhållanden, och i dessa fall är förebyggande åtgärder nödvändiga (t.ex. vattenrening, beläggningar eller legeringsval).

Olika metoder används för att utvärdera den korrosiva effekten av elastomerer – gummiliknande polymerer som vanligtvis används i packningar, tätningar eller beläggningar – på koppar.

Elastomerer kan vara känsliga för korrosion genom urlakning av föreningar som svavel, syror, aminer eller halogener. Dessa föreningar reagerar med koppar och bildar oxider, sulfider eller andra korrosiva biprodukter. Detta är särskilt viktigt i tillämpningar där elastomerer kommer i kontakt med kopparkomponenter, såsom fordons-, el- eller VVS-system. Bedömningen innebär vanligtvis kontrollerade exponeringstester följt av kvantitativ eller kvalitativ utvärdering.

De grundläggande metoderna är följande:

Kontaktexponeringstester i kontrollerade miljöer: Dessa tester accelererar korrosion och ger snabbare resultat genom att simulera verkliga förhållanden där elastomerer är i direkt kontakt med koppar. För accelererad testning används korrosiva miljöer som en saltspraykammare (ASTM B117-standard) eller en 3–5 % natriumkloridlösning för att efterlikna marina eller industriella miljöer.

Utvärdering görs enligt följande:

Visuell inspektion: En 5-punktsskala används (0 ingen korrosion, 1 mycket lätt, t.ex. mindre missfärgning), 2 lätt gropfrätning, 3 måttlig, synlig patina eller avlagringar, 4 stark, djup gropfrätning, 5 extrem, strukturell skada).
Gravimetrisk (viktförlust) mätning: Kopparprover vägs före och efter exponering. Korrosionsprodukterna rengörs med en mild syra, torkas och massförlusten beräknas. En hög förlust indikerar hög korrosionsgrad.
Dimensionsförändringar: Elastomertjockleken mäts före och efter för att kontrollera svullnad eller deformation. Detta kan vara relaterat till infiltration av aggressiva föreningar.
Elektrokemiska metoder: Dessa ger kvantitativa data om korrosionskinetik och är lämpliga för exakta laboratorieutvärderingar.
Elektrokemisk impedansspektroskopi: Koppar-elastomer-enheter nedsänks i en elektrolyt. En treelektroduppsättning används: koppar som arbetselektrod, platina som motelektrod och silver/silverklorid som referenselektrod. En låg växelspänning appliceras i frekvensområdet före och efter exponering. Lägre polarisationsmotstånd indikerar en högre korrosionshastighet på grund av elastomereffekten.
Potentiellt dynamisk polarisering: Detta är en uppställning som liknar elektrokemisk impedansspektroskopi. Testet utförs med och utan elastomerkontakt. Högre strömtäthet innebär att elastomeren korroderar snabbare. För kopparlegeringar följs ASTM G61-standarden.
Skannande Kelvin-sond: Med hjälp av en elektrokemisk arbetsstation i mikrofält skannas kopparytan före och efter elastomerexponering. Voltapotentialskillnader mäts för att kartlägga korrosionszoner.
De standardiserade tester som är specifika för elastomerer på koppar är följande:
VW PV 3976 Slitstyrka hos blanka ytor i fordonsinteriörer.
ASTM E478 Standardtestmetoder för kemisk analys av kopparlegeringar.
ASTM G38 standardpraxis för beredning och användning av C-rings spänningskorrosionsprover

I många år har vår organisation, med sin kompetenta och erfarna personal, förstått sina kunders behov, tillhandahållit de avancerade testtjänster de behöver och hjälpt till med etablering, implementering och förbättring av ledningssystem. Inom detta ramverk tillhandahåller vi även tjänster till företag för utvärdering av elastomerers korrosiva effekter på koppar.