FI102908B - Korroosionkestävä kupariseos - Google Patents

Description

102908

Korroosionkestävä kupariseos. - Korrosionsbeständig kopparlegering.

Keksinnön kohteena on korroosionkestävä kupariseos, joka koostuu kuparista ja vähintään kahdesta seosaineesta, jotka ovat sähkökemialliselta jännitepoten-5 tiaaliltaan epäjalompia kuin kupari ja jotka muodostavat yhdessä kuparin kanssa kiinnitarttuvan, huokosettoman pintakerroksen oksideista, oksidihydraateista ja/tai hydroksideista, jolloin yksittäisten alkuaineiden määrä on sellaisissa rajoissa, joissa seos on teknillisten jäähdytysedellytysten alaisena jähmeän liuoksen alueessa.

10

Eräs tällainen seos tunnetaan esim. julkaisusta DE-OS 3.605.796. Lisäaineiden korkean konsentraation johdosta on siinä kuitenkin erkaumien muodostumisen vaara ja täten lisätyöstövaikeuksien vaara.

15 Useimmat korroosiovahingot kuparisissa vesijohtoputkissa aiheutuvat tasaisesta pintasyöpymisestä tai pistesyöpymisestä. Asiaankuulumattoman asennuksen johdosta voi lisäksi syntyä korroosiosyöpymiä juotoskohtien ja liitoksien alueessa. Kuparin korroosionkestävyyttä voidaan tosin periaatteessa lisätä sillä, että muodostetaan kiinnitarttuva, jatkuva oksidipintakerros. Tämä aikaansaadaan 20 erityisellä valmistusemenetelmällä putken sisäpinnalle, mikä on kuitenkin tekni-' ’ sesti yksityiskohtainen ja työtä vaativa. Edistyneempi menetelmä on muodostaa : ·' seoslisäaineilla materiaali, johon muodostuu käytössä itsestään parannettu * · · '·1' oksidinen pintakerros.

• · ·· · I I » 25 Keksinnön tehtävänä on ehdottaa korroosionkestävä materiaali, jolle on tun- • · « nusomaista erityisesti hapettomaan kupariin nähden parantunut pintakerroksen muodostuminen ja vähentynyt kuparin liukenevuus ja jossa ei ole mitään pis- * · tesyöpymisvaaraa. Massan kulumisen tulee tällöin vähentyä.

• « ' · · ·' 30 Tehtävä ratkaistaan keksinnön mukaisesti patenttivaatimuksien 1 -3 tunnus merkkien avulla.

f 4 t · · 102908 2

Valenssisuusparin muodostuksella kahdenarvoisesta kolmenarvoisiin positiivisiin ioneihin, kahdenarvoisesta neljänarvoisiin ioneihin tai yhdenarvoisista neljänarvoisiin ioneihin muodostetaan kiinnitarttuva ja suuressa määrin huo-koseton pintakerros. On osoittautunut yllättävästi, että valenssisuusparin valin-5 nan kautta vaikutetaan Cu20-faasin rakenteeseen siten, että pintakerros muodostuu sekä nopeammin että myös siten, että syntyvän pintakerroksen suojavaikutus on tehokkaampi,

On edullista lisätä seokseen 0,04 paino-% asti fosforia. Fosfori parantaa valet-10 tavuutta ja toimii myös desoksidaatioaineena.

Keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisesti mainittuja alkuaineita lisätään vähintään määrässä 0,1 paino-%.

15 Edullisesti käytetään keksinnön mukaista seosta materiaalina putkia varten asennus- ja saniteettitekniikassa sekä vesijohtoputkia varten.

Keksintöä kuvataan seuraavien suoritusmuotoesimerkkien yhteydessä lähemmin: Valmistettiin mitoiltaan 18x1 mm olevat putket hapettomasta kuparista 20 (SF-Cu) ja kolmesta vertailuseoksesta, joilla on seuraavat koostumukset.

• · • · • · · · t $ · • • · ♦ ♦ · • · * » · • · « · · • · · « I · • · « · · ♦ · · • · • · f • · · ♦ · · f « * « « « 1 I < 102908 3

Materiaali

SF-Cu pehmeä, 50 - 70 HB

5 kova, 100-120 HB

Cu MgO, 7TiO,2 pehmeä, 50 - 70 HB esim. 1 (Parisuus 2+/4+) kova, 100 -120 HB esim. 2 10 ____

Cu AIO, 5ZnO,5 pehmeä, 50 - 70 HB esim. 3 (Parisuus 3+/2+) kova, 100 -120 HB esim. 4 15

CuLiO,6SiO,1 pehmeä, 50- 70 HB esim. 5 (Parisuus 1+/4+) kova, 100-120 HB esim. 6

Korroosiokäyttäytymisen arvostelemiseksi mitattiin putkimalleissa virrantiheys-20 potentiaali-käyrät (kuvio 1) ja sähkökemiallinen polarisaatiovastus (Rp) tai : vastaavasti polarisaatiojohtavuus (Rp1) kuvioiden 2a - 2g mukaisesti sekä selvi- i ·’ tettiin massan kuluminen (kuvio 3).

• · * • · · • ·

Yksityiskohtaisemmin: • « · 25 • · ·

Kuvio 1 esittää seosjärjestelmien Cu-Mg-Ti, Cu-AI-Zn ja Cu-Li-Si virrantiheys-potentiaali-käyrää verrattuna hapettomaan kupariin • ♦ · YY sf-cu.

• · · • · ·

Vertailuelektrodi: kyllästynyt kalomelielektrodi.

-· 30

Kuviot 2a - 2g esittävät polarisaatiojohtavuutta Rp 1 koestusajan funktiona.

M.: (a) SF-Cu, tila pehmeä, 50 - 70 HB tai kova, 100 -120 HB

(b) CuMgO,7TiO,2, tila pehmeä, 50 - 70 HB

102908 4

(c) CuMgO,7TiO,2, tila kova, 100 -120 HB

(d) CuAIO,5ZnO,5, tila pehmeä, 50 - 70 HB

(e) CuAIO,5ZnO,5, tila kova, 100 -120 HB

(f) CuLiO,6SiO,1, tila pehmeä, 50 - 70 HB

5 (g) CuLiO,6SiO,1, tila kova, 100 -120 HB

Kuvio 3 esittää pintaan kohdistuvan painohäviön 1000 tunnin ajan jälkeen.

Kuviossa 1 on esitetty seoksien CuMgO,7TiO,2, CuAIO,5ZnO,5, CuLiO,6SiO,1 10 ja SF-Cu virrantiheys-potentiaali-käyrät vertailuna. Voidaan havaita, että seostetut alkuaineet laajentavat selvästi korroosionkestävyysaluetta. Passiivivirran-tiheys on pienentynyt SF-Cu:hun verrattuna, mikä viittaa parempaan peiteker-roksen laatuun. Läpilyöntipotentiaalit ovat siirtyneet positiivisempiin potentiaa-leihin päin.

15

Polarisaatiovastus Rp tai vastaavasti käänteisarvo, polarisaatiojohtavuus Rp'1 on korroosionopeuden mitta. Mitä pienempi polarisaatiojohtavuus, sitä suurempi on kestävyys tasaista korroosiota vastaan. Kuviot 2a - 2g vertailevat materiaalien Cu-MgO,7TiO,2, CuAIO,5,ZNO,5 ja CuLiO,6SiO,1 polarisaatiojohtavuut-20 ta eri tiloissa (pehmeä/kova) SF-Cu:n vastaaviin arvoihin. Seostamaton kupari : ei osoita pelkästään huonompaa käyttäytymistä, vaan myös huomattavaa ha- i ·' jaantumistä.

• • · · • · · • ·

Kaikissa tutkituissa materiaaleissa oli painohäviö pienentynyt huomattavasti * # * • ·’ 25 SF-Cu:n suhteen kuvion 3 mukaisesti.

• · * • * · • · · , . Kaikissa tapauksissa osoittavat keksinnön mukaiset seokset selvästi parempaa • · « käyttäytymistä kuin SF-Cu. Ei ainoastaan pintakerroksen laatu parane, vaan • · · lisäksi vaikutetaan muodostumisnopeuteen ja ennen kaikkea laajennetaan I I · ;' 30 korroosionkestävyyden potentiaalialuetta. Tämän passiivikerroksen muodostu-

I I # · I

misen johdosta vähennetään selvästi Cu:n liukenevuutta.

i · r · 102908 5

On edelleen nähtävä ratkaisevana etuna se, että määrättyjen pakollisten komponenttien yhdistelmän johdosta laajenee pH-arvon alue pintakerroksen muodostumista varten. Eräiden seosaineiden ollessa Pourbaix-diagrammin mukaan kykeneviä muodostamaan reaktiotuotteita myös happamissa aineissa ja siten 5 myötävaikuttamaan tehokkaan suojakerroksen muodostamiseen, pätee sama toisille aineille emäksisissä aineissa. Siten keksinnön mukaiset materiaalit eivät ole ainoastaan neutraaleissa vesissä käytettäviä. Tietyt pH-arvon vaihtelut eivät vaikuta negatiivisesti korroosiokäyttäytymiseen.

10 Mikäli läpilyöntipotentiaali siirtyy lisäksi niin pitkälle positiiviseen suuntaan, että se ei ole enää vapaan korroosiopotentiaalin alueessa, niin silloin esiintyy lisäsuoja parinmuodostusta vastaan, kuten esim. kosketus- tai ilmastusparit. Lisäksi testatuissa putkimalleissa ei todettu mitään pistesyöpymisen vaaraa.

• · · • · · • · •

Il * • · · • · • · • · · • · · * · · « • · · • · · • · • * · • · t » * · I I t I 1 ·

Claims (6)

102908 6

1. Korroosionkestävä kupariseos, joka koostuu kuparista ja vähintään kahdesta seosaineesta, jotka ovat sähkökemialliselta jännitepotentiaaliltaan epäjalompia 5 kuin kupari ja muodostavat yhdessä kuparin kanssa kiinnitarttuvan, huokosetto-man pintakerroksen oksideista, oksidihydraateista ja/tai hydroksideista, jolloin yksittäisten alkuaineiden määrä on sellaisissa rajoissa, joissa seos on teknillisten jäähdytysedellytysten alaisena jähmeän liuoksen alueessa, tunnettu seu-raavista tunnuspiirteistä: jähmeän liuoksen sulamispiste sijaitsee 400°C yläpuo-10 lella, kupariseos sisältää vähintään 99 paino-% kuparia, kahta tai useampaa valenssiltaan erilaista seosainetta valittuna ryhmistä A ja B, jolloin ainakin yksi aine ryhmästä A, joka koostuu sinkistä, kadmiumista, berylliumista, kalsiumista, strontiumista, bariumista, mangaanista, raudasta, koboltista tai nikkelistä, muodostaa pintakerroksessa mainittua lajia olevat termodynaamisesti stabiilit ke-15 mialliset yhdisteet kahdenarvoisten postitiivisten ionien muodossa, ja ainakin yksi lisäaine ryhmästä B, joka muodostuu boorista, alumiinista, galliumista, indiumista, skandiumista, yttriumista, lantaanista, seriumista, seosmetallista, kromista, raudasta tai koboltista, muodostaa pintakerroksessa mainittua tyyppiä olevat termodynaamisesti stabiilit kemialliset yhdisteet kolmen arvoisten positii-20 visten ionien muodossa. i

·' 2. Korroosion kestävä kupariseos, joka koostuu kuparista ja vähintään kahdes- • * • · *·*.· ta seosaineesta, jotka ovat sähkökemialliselta jännitepotentiaaliltaan epäjalom pia kuin kupari ja muodostavat yhdessä kuparin kanssa kiinnitarttuvan, huo- • · · :tf·/ 25 kosettoman pintakerroksen oksideista, oksidihydraateista ja/tai hydroksideista, « · » jolloin yksittäisten alkuaineiden määrä on sellaisissa rajoissa, joissa seos on . . teknillisten jäähdytysedellytysten alaisena jähmeän liuoksen alueessa, tunnet- i i I • · · tu seuraavista tunnuspiirteistä: jähmeän liuoksen sulamispiste sijaitsee 400°C • · · • · · yläpuolella, kupariseos sisältää vähintään 99 paino-% kuparia, loppuosa kahta 1 · ' 30 tai useampaa valenssiltaan erilaista seosainetta, jotka on valittu ryhmistä A ja C, jolloin ainakin yksi aine ryhmästä A, joka koostuu sinkistä, kadmiumista, :,i.: berylliumista, kalsiumista, strontiumista, bariumista, mangaanista, raudasta,

4 I koboltista tai nikkelistä, muodostaa pintakerroksessa mainittua tyyppiä olevat 102908 7 termodynaamisesti stabiilit kemialliset yhdisteet kahdenarvoisten positiivisten ionien muodossa, ja ainakin yksi lisäaine ryhmästä C, joka muodostuu piistä, germaniumista, titaanista, sirkoniumista tai hafniumista, muodostaa pintakerroksessa mainittua tyyppiä olevat termodynaamisesti stabiilit kemialliset yhdis-5 teet neljän arvoisten positiivisten ionien muodossa.

3. Korroosion kestävä kupariseos, joka koostuu kuparista ja vähintään kahdesta seosaineesta, jotka ovat sähkökemialliselta jännitepotentiaaliltaan epäjalom-pia kuin kupari ja muodostavat yhdessä kuparin kanssa kiinni tarttuvan, huo-10 kosettoman pintakerroksen oksideista, oksidihydraateista ja/tai hydroksideista, jolloin yksittäisten alkuaineiden määrä on sellaisissa rajoissa, joissa seos on teknillisten jäähdytysedellytysten alaisena jähmeän liuoksen alueessa, tunnettu siitä, että jähmeän liuoksen sulamispiste sijaitsee 400°C yläpuolella, kupariseos sisältää vähintään 99,0 paino-% kuparia, loppuosa kahta tai useampaa 15 valenssiltaan erilaista seosainetta valittuina ryhmistä D ja C, jolloin ainakin yksi aine ryhmästä D, joka koostuu litiumista, natriumista, kaliumista, rubidiumista tai cesiumista, muodostaa pintakerroksessa mainittua tyyppiä olevat termodynaamisesti stabiilit kemialliset yhdisteet yhdenarvoisten positiivisten ionien muodossa, ja ainakin yksi lisäaine ryhmästä C, joka koostuu piistä, ger-20 maniumista, titaanista, sirkoniumista tai hafniumista, muodostaa pintakerrok-'· ' sessa mainittua tyyppiä olevat termodynaamisesti stabiilit kemialliset yhdisteet ·' neljän arvoisten positiivisten ionien muodossa.

• » · • · · • · » /, 4. Vaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen korroosion kestävä kupariseos, tunnettu • * t 25 siitä, että se sisältää 0,04 paino-% asti fosforia.

• « · • · · > . . 5. Yhden tai useamman vaatimuksen 1 -4 mukainen korroosion kestävä kupa- • · · • · · riseos, tunnettu siitä, että alkuaineita on vähintään 0,1 paino-%. • · · » · 9 I I « ' · · ·' 30

6. Yhden tai useamman vaatimuksen 1 -5 mukaisen korroosion kestävän kupa- riseoksen käyttö materiaalina putkia varten asennus- ja saniteettitekniikassa :sekä juomavesiputkia varten. • · 102908 8