1. Μηχανισμός της επίδρασης του χαλκού στην αντίσταση στη διάβρωση
Έναρξη σχηματισμού πατίνας: Όταν εκτίθενται στον εξωτερικό αέρα (υγρασία, οξυγόνο και ίχνη ρύπων όπως SO2), τα ιόντα χαλκού μεταναστεύουν στην επιφάνεια του χάλυβα και αντιδρούν με οξείδια σιδήρου για να σχηματίσουνπλούσιες σε χαλκό-υδροξυανθρακικές ενώσεις(π.χ. Cu2(OH)2CO3) και χαλκό-υποκατεστημένα οξυϋδροξείδια σιδήρου (-FeOOH). Αυτές οι ενώσεις λειτουργούν ως στρώμα «σπόρων» για την πατίνα, επιταχύνοντας το σχηματισμό προστατευτικής μεμβράνης οξειδίου σε σύγκριση με τον συνηθισμένο ανθρακούχο χάλυβα.
Πυκνώνοντας το Φράγμα Πατίνας: Οι ενώσεις που περιέχουν χαλκό-γεμίζουν μικρο-πόρους και ρωγμές στο αρχικό χαλαρό στρώμα οξειδίου του σιδήρου, μετατρέποντάς το σεπυκνή, προσκολλημένη και μη-πατίνα. Αυτή η ώριμη πατίνα δρα ως φυσικό και χημικό φράγμα, εμποδίζοντας τη διείσδυση νερού, οξυγόνου και διαβρωτικών ιόντων (π.χ. Cl-) στο χαλύβδινο υπόστρωμα-επιβραδύνοντας τον ρυθμό διάβρωσης κατά 6-10 φορές σε βιομηχανικές/αστικές ατμόσφαιρες.
Ιδιότητα αυτοθεραπείας-: Εάν η πατίνα είναι γρατσουνισμένη ή κατεστραμμένη, τα ιόντα χαλκού στη γειτονική μήτρα χάλυβα μεταναστεύουν γρήγορα στην κατεστραμμένη περιοχή και-σχηματίζουν εκ νέου το προστατευτικό στρώμα, αποτρέποντας την τοπική διάβρωση των κοιλωμάτων.
2. Επίδραση του περιεχομένου χαλκού πέρα από το τυπικό εύρος
Κάτω από 0,20% Cu: Δεν υπάρχουν επαρκή ιόντα χαλκού για να σχηματιστεί η πυκνή-πλούσια πατίνα χαλκού. Το στρώμα οξειδίου που προκύπτει παραμένει χαλαρό και πορώδες, οδηγώντας σε επιταχυνόμενη διάβρωση-ο χάλυβας δεν πληροί τις απαιτήσεις αντοχής στη διάβρωση του ASTM A588 (Βαθμός 1 ή 2 ανά ASTM G101).
Πάνω από 0,35% Cu: Η περίσσεια χαλκού δεν βελτιώνει περαιτέρω την αντοχή στη διάβρωση και μπορεί να προκαλέσει δυσμενείς επιπτώσεις: ο χαλκός μπορεί να διαχωριστεί στα όρια των κόκκων κατά τη στερεοποίηση, σχηματίζοντας εύθραυστες διαμεταλλικές φάσεις (π.χ. Cu-κράματα Fe) που μειώνουν την σκληρότητα και τη συγκολλησιμότητα του χάλυβα. Αυξάνει επίσης το κόστος παραγωγής χωρίς πρόσθετα οφέλη απόδοσης.
3. Συνέργεια με άλλα στοιχεία κραμάτων
Chromium (Cr): Σχηματίζει αδιάλυτα-οξείδια πλούσια σε χρώμιο που ενισχύουν τη χημική σταθερότητα της πατίνας, ειδικά σε υγρά ή ήπια όξινα περιβάλλοντα.
Νικέλιο (Ni): Βελτιώνει την πρόσφυση της πατίνας στο χαλύβδινο υπόστρωμα και μειώνει την όλκιμο-σε-θερμοκρασία μετάβασης του χάλυβα, συμπληρώνοντας την αντιδιαβρωτική προστασία του χαλκού.
Φώσφορος (P): Προωθεί το σχηματισμό μιας ομοιόμορφης,-λεπτής πατίνας και μειώνει τον ρυθμό διάβρωσης υπό-πατίνας.
