第10部分金屬之腐蝕

1、= 第10章 金屬之腐蝕 =10-1 10-1 腐蝕的意義10-2 10-2 影響金屬腐蝕的因素10-3 10-3 鋼鐵之腐蝕10-4 10-4 防蝕的方法10-1 腐蝕的意義腐蝕（corrosion）是材料受到化學侵蝕作用而破損、侵蝕的現(xiàn)象。鋼鐵之生鏽是最常見的腐蝕。以我國而言，據(jù)統(tǒng)計每年因金屬腐蝕而遭受的損失可達百億元以上，這是一個極為驚人的數(shù)目。因此腐蝕問題已成為研究金屬材料不可忽視的重點，腐蝕成因的探討與防蝕技術的改進亦成為重要的研究課題之一。10-2 影響金屬腐蝕的因素金屬腐蝕通常不是由單一因素造成，但為了方便探討起見，可將其歸納成四項因素：(1)純化學；(2)電化學；(3)環(huán)境；(

2、4)鈍化。分別說明如下:純化學腐蝕是材料單純受化學作用侵蝕的現(xiàn)象。在侵蝕過程中，金屬整個表面會生成一厚度均勻的鏽皮或堆積物。如鋼鐵的氧化，銅表面受大氣腐蝕及銀器表面的失去光澤等，均可視為純化學因素引起的腐蝕；溫度愈高，腐蝕速率愈快。10-2 影響金屬腐蝕的因素大部分的金屬腐蝕係由於電化學作用引起。兩塊金屬以導線聯(lián)接後浸入電解液中即成電化學電池。在腐蝕過程中由於電化學作用建立了陽極區(qū)與陰極區(qū)，當電池之氧化、還原反應進行時，陽極部分之金屬被氧化（腐蝕）而陰極部分之金屬受保護。電化學通常分成二種：(1)化學電池（galvanic cell）；(2)濃淡電池（concentration cell）10

3、-2 影響金屬腐蝕的因素是由兩種不同金屬構成陰、陽兩極，放於電解液內(nèi)而成。如圖10-1所示。半透明隔膜將電池分開成兩個半電池，當電流流通時的化學反應為:10-2 影響金屬腐蝕的因素反應式中(s)代表固體、(aq)代表水溶液。由反應式得知，鐵被腐蝕溶入溶液中，而銅離子被還原成銅而沉積。電池內(nèi)半電池之極性端視各材料所生之電極電位的高低而定，電位較高者為陽極，較低者為陰極。如表10-1 所示各種金屬的電極電位，自高而低的排列情形（以氫當參考電極）。例如：鍍鋅鐵皮的鋅膜為陽極，即使鋅未裝滿，在下面的鐵也可受到保護，此因暴露的鐵成陰極，不會腐蝕，腐蝕只發(fā)生在鋅表面。10-2 影響金屬腐蝕的因素10-2

4、影響金屬腐蝕的因素是由同種金屬分別放置於濃度不同的半電池溶液中而成。當電流流通時，濃度低的那端成為陽極（被腐蝕），濃度高的那端成為陰極（受保護）；ph 值愈大者，腐蝕速率愈慢。10-2 影響金屬腐蝕的因素造成金屬腐蝕之環(huán)境因素很多，包括：溫度、濕度、土壤、廢氣、海水、化學溶液及流速等。溫度愈高時，化學反應之速率愈高，腐蝕也愈快。一般鋼鐵在乾燥環(huán)境下，較不易被腐蝕。若濕度愈高，即水氣愈多時，其腐蝕愈快。土壤內(nèi)含大量水分、有機及無機物質(zhì)等，對埋在地下的管線容易造成嚴重的腐蝕。10-2 影響金屬腐蝕的因素工業(yè)區(qū)工廠常排放有毒廢氣，種類很多，其中so2易與空中的水氣結合形成酸雨，對金屬之腐蝕甚大。海水

5、中的氯離子對金屬有極強的腐蝕作用。而酸、鹼等化學溶液對金屬的腐蝕也很嚴重。且造成腐蝕的觸媒，其流速愈大時，對金屬的腐蝕亦愈快。10-2 影響金屬腐蝕的因素某些金屬如：鋁、鈦、鎳、鉻及其合金，在腐蝕過程中，表面生成一層緻密性的防護性被覆層，能阻止後續(xù)的侵蝕，此謂之鈍化現(xiàn)象。不鏽鋼之所以耐蝕，乃因其容易鈍化之故。鋁在大氣中不如鋼鐵的容易受腐蝕，是因為鋁之表面易與氧生成緻密且附著性良好的氧化鋁膜，而鋼鐵表面之氧化膜附著性不良。因此金屬的鈍化能力愈強愈能抵抗腐蝕。10-3 鋼鐵之腐蝕鋼鐵腐蝕的類型很多，茲分述於下：鋼鐵於乾燥空氣中，在高溫下與氧化合，形成氧化物，稱為生鏽皮。鐵的氧化物有三種不同的層次：

6、外層為fe2o3、中層為fe3o4、裡層為feo。其反應式如下:10-3 鋼鐵之腐蝕孔蝕是一種局部性的腐蝕，會生成小孔而貫穿構件。屬於化學電池或濃淡電池式侵蝕，有時兩者合併發(fā)生。除一般鋼鐵外，孔蝕也常發(fā)生在不鏽鋼、鎳合金、銅、鋁及其合金上。10-3 鋼鐵之腐蝕晶粒間腐蝕是指在晶粒界面上的腐蝕現(xiàn)象，其結果使材料沿晶粒界面裂開。在一些銲接不良或熱處理不當?shù)逆囥t系不鏽鋼，晶粒間腐蝕特別嚴重。此外，黃銅亦常遭受晶粒間腐蝕。如圖10-2 所示，為黃銅遭受晶粒間腐蝕情形的示意圖。10-3 鋼鐵之腐蝕10-3 鋼鐵之腐蝕應力腐蝕是材料受靜應力（主要是拉應力）與腐蝕雙重影響造成的。首先由晶粒界面或經(jīng)製造、熱處

7、理等過程的析出物結晶面上形成電池的陽極而引起腐蝕。腐蝕造成小孔或隙縫導致應力在此高度集中產(chǎn)生新的裂面。這些新裂面又由於濃淡電池的腐蝕，使破壞更為迅速。如鍋爐的脆化是應力腐蝕損壞的例子。10-3 鋼鐵之腐蝕受腐蝕與交變應力作用的結果，材料容易造成腐蝕疲勞，其損壞過程與應力腐蝕相似，但嚴重性常超過應力腐蝕。如油井鑽管、熱交換器等之損壞皆是。10-3 鋼鐵之腐蝕沖蝕腐蝕為液體流動造成的機械性磨耗與腐蝕共同作用的結果。含有髒物或懸浮顆粒的化學溶液在擾流或高速流動下，最易造成沖蝕腐蝕。彎管、肘管、管徑急變之管路、螺旋槳、輪機葉片、閥及攪拌器等，皆易受沖蝕腐蝕。10-3 鋼鐵之腐蝕機械零件的隙縫處，特別容

8、易受到腐蝕。主要是濃淡電池造成的。在隙縫內(nèi)本來含量已經(jīng)不多的氧氣因氧化而消耗，致使氧濃度幾近於零，造成嚴重的濃淡電池。隙縫內(nèi)的氧濃度低，成為陽極被腐蝕。例如鉚接鋼板在海水中容易發(fā)生隙縫腐蝕。如圖10-3 所示，為隙縫腐蝕示意圖。10-3 鋼鐵之腐蝕如表10-3 所示，為主要合金元素對鋼鐵耐蝕性的影響，由表10-3 中可知鉻、銅、錳、鉬、鎳、矽、鈦、鎢及釩等元素對耐蝕性、耐酸性等的抵抗力之比較。10-3 鋼鐵之腐蝕10-3 鋼鐵之腐蝕10-4 防蝕的方法為了有效防止前面所談的腐蝕的因素與現(xiàn)象，因應各種腐蝕的產(chǎn)生與不確定性，以下提供數(shù)種針對工業(yè)用機件常發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象而能有效防制的方法，加以降低腐蝕的問題。環(huán)境是腐蝕的基本因素，如果能將腐蝕環(huán)境加以改變，就可減低腐蝕機率。例如：保持環(huán)境的乾燥與潔淨，貴重金屬儘量不與水分、氧氣等接觸，均為有效的方法。10-4 防蝕的方法將金屬表面施以特殊處理方法，使表面生成一層緻密的硬化層。如將鋁施以陽極氧化處理，使鋁表面產(chǎn)生一層氧化鋁。金屬表面塗上一層或數(shù)層防鏽漆，或塗上防鏽油，均可有效阻隔腐蝕媒介質(zhì)的侵蝕。10-4 防蝕的方法在10-2 節(jié)中，電化學腐蝕部分，曾提到如果金屬成為陰極，就能受到保護而不被腐蝕。例如：鍍鋅鋼鐵，陽極的鋅被腐蝕，而陰極的鋼鐵受到保護。此外，埋於地下的鋼管若與鎂連通，則鋼成為陰極而受到保護，就減少產(chǎn)生腐蝕的機