Kao jedan od najstarijih metalnih materijala koje ljudska bića koriste, bakar se naširoko koristi u mnogim poljima kao što su električna energija, arhitektura, pomorsko inženjerstvo i tako dalje zbog svoje odlične električne provodljivosti, toplinske provodljivosti i otpornosti na koroziju. Međutim, čak iu najidealnijem okruženju upotrebe, niz fizičkih i hemijskih promjena se neizbježno dešava u dugotrajnom-procesu servisiranja bakra.
1. Površinska oksidacija: prirodno formiran zaštitni sloj
Najintuitivnija promjena bakra izloženog zraku duže vrijeme je promjena boje površine:
- Početna faza (od sedmica do mjeseci): površina se postepeno mijenja od svijetlo narandžaste-crvene do tamnocrvene.
- Srednja-faza (mjeseci do godine): daljnja promjena u smeđu i ljubičastu.
- Dugotrajna-faza (više od nekoliko godina): konačno se formira stabilna plavo-zelena ili tamnozelena patina.
Patina nastala prirodnom oksidacijom je zapravo gusti zaštitni film bazičnog bakrenog karbonata, koji može efikasno spriječiti dalju koroziju unutrašnjih metala. U oblasti arhitekture, ovo je ključ za očuvanje strukturalnog integriteta bakrenih krovova nakon stotinu godina.
2. Korozija granice zrna: postupna evolucija mikrostrukture
U specifičnom okruženju, propadanje bakra počinje mikrostrukturom:
- Pucanje od korozije pod naprezanjem (SCC)
Bakarni elementi koji su izloženi dugotrajnom-naprezanju podložni su mikropukotinama duž granica zrna u specifičnim medijima kao što su amonijak i sulfid. Ova pojava je posebno česta u cijevima izmjenjivača topline i električnim konektorima, a obično je potrebno 8-15 godina da pokaže očigledne znakove.
- Dezincifikacija korozije
Za mesing (legura bakra-cinka), kada se koristi u morskoj ili bočaćoj vodi duže vrijeme, cink će se selektivno otopiti, ostavljajući porozni i krhki kostur bakra. Ovaj proces često počinje od površine i proteže se prema unutra brzinom od 0,01-0,1 mm godišnje.
3. Promjena mehaničkih svojstava starenjem
Prirodna evolucija snage i tvrdoće
- Rad{0}}kaljeni bakar: U prvih 3-5 godina, zaostalo naprezanje se postepeno oslobađa, a tvrdoća se može smanjiti za 10-15%.
- Žaljeni bakar: pod dugotrajnim-cikličnim opterećenjem, doći će do blagog očvršćavanja, a čvrstoća će se povećati za 5-8%.
- Kritična prekretnica: obično nakon 20-25 godina rada, čvrstoća na zamor počinje očito opadati.
Slabljenje indeksa plastičnosti:
Nakon-dugotrajnog rada, izduženje bakra se obično smanjuje za 20-30%, što je posebno vidljivo u području hladnog savijanja. Prema statistici elektroprivrede, performanse savijanja bakrenih sabirnica koje se koriste više od 30 godina mogu se smanjiti za 40%.
4. Spora degradacija električnih performansi
Kriva opadanja provodljivosti:
- U standardnom atmosferskom okruženju, provodljivost čistog bakra opada za oko 0,1-0,3% svake godine.
- U ciklusu od 30 godina, ukupni gubitak provodljivosti je obično između 5-8%.
- At high temperature (>80 stepeni), brzina degradacije se može ubrzati za 2-3 puta.
Potencijalni rizici otpornosti na kontakt:
Zadebljanje oksidnog sloja na površini bakarnog konektora će dovesti do povećanja kontaktnog otpora brzinom od 1-2% godišnje. To može uzrokovati lokalno pregrijavanje na visokonaponskoj električnoj spojnoj točki, što može predstavljati opasnost po sigurnost.
5. Ubrzano starenje okoline
Uticaj regionalnih klimatskih razlika:
- Industrijsko/morsko okruženje: stopa korozije je 3-5 puta veća od ruralne sredine.
- Područja visoke temperature i visoke vlažnosti: proces starenja je 40-60% brži nego u umjerenim područjima.
- Česta područja kiselih kiša: brzina uništavanja površinskog zaštitnog sloja se povećava 2-3 puta.
Utjecaj detalja instalacije:
- Kontakt različitih metala: U direktnom kontaktu sa čelikom i aluminijumom, galvanska korozija može skratiti vek trajanja bakra za 30-50%.
- Voda u pukotinama: stopa korozije dijelova koji se preklapaju sa dugotrajnim-akumulacijom vode je više od 10 puta veća od izložene površine.
