【正文】 量度，也以損失的重量mdd (milligrams per square decimeter per day)或每年損失的重量再來推估m(xù)py等其它各種數(shù)值。以鋼為例，在海水中的腐蝕速率約為25mdd，相當(dāng)于5mpy。一般來說，腐蝕的初始速率常較最終速率為大，因此測定腐蝕速率時，要記錄整個過程，以外插法可能會產(chǎn)生很大的錯誤。而材料如果腐蝕速率在1mpy以下為抗蝕性強(outstanding)，50mpy以上防蝕性轉(zhuǎn)劣(poor)，在200mpy以上則是無法接受(unacceptable)。144 伽凡尼腐蝕(Galvanic corrosion)這種腐蝕發(fā)生于兩種不同金屬或是合金接觸，而能產(chǎn)生伽凡尼電池(Galvanic cell)的情況，常用金屬材料在海水中的伽凡尼電位序。較具陽極的金屬易受到腐蝕。例如：在海洋工程中，以焊錫（鉛錫合金）焊接黃銅配件，因為黃銅的電位序較具陰極性，所以焊錫較易受腐蝕。再從合金的觀點來比較，如果電池效應(yīng)發(fā)生在兩相合金上，例如：鋼中具有肥粒鐵相和雪明碳鐵相，則因為肥粒鐵相較陽極性，雪明碳鐵相較陰極性，就會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，因此可以說，幾乎所有的兩相合金其腐蝕抵抗力都較單相金屬為差。145 穿孔腐蝕(Pitting corrosion)金屬組件處于腐蝕環(huán)境中，由于位置的不同而使含氧量有濃淡之分，此時含氧濃度高之處為陰極，而含氧濃度低的地方為陽極，因而發(fā)生了腐蝕現(xiàn)象，這種電池效應(yīng)又稱為氧濃差電池（oxygen concentration cell）。而穿孔腐蝕是屬于一種局部腐蝕，它發(fā)生的起始位置就都是在含氧濃度不均或是材質(zhì)不均的位置。金屬置于充氣水中的孔蝕成長情形，它的發(fā)生首先是由于孔洞的底部氧不容易補充，缺氧的結(jié)果使得金屬發(fā)生分解反應(yīng) M224。M++e，而在孔洞上方的周圍有較高濃度的氧，而發(fā)生還原反應(yīng)O2+2H2O+4e224。4OH，因此孔洞四周受到保護(hù)，而不會腐蝕。這樣的現(xiàn)象如果發(fā)生在酸性的溶液中（例如：HCl），溶液中所含的Cl離子便會向孔洞的位置集中，使得孔洞中的H+濃度增加，而增加陽極的反應(yīng)速率：M+Cl+ H2O224。MOH + H+Cl結(jié)果整個穿孔腐蝕的過程變成為自動催化的現(xiàn)象，而加速了整個腐蝕。146間隙腐蝕(Crevice corrosion)間隙腐蝕特別容易發(fā)生在機械組件接合的地方，例如金屬墊圈或是鉚接處。它也是屬于一種電池效應(yīng)，但是隙縫一般需在特定程度大小的范圍內(nèi)才會發(fā)生，例如：有足夠的寬度可使容易進(jìn)入，足夠窄使容易可以停滯等，所以在應(yīng)用上或工程上必須要小心，避免發(fā)生足以產(chǎn)生間隙腐蝕的環(huán)境。間隙腐蝕的機構(gòu)很類似穿孔腐蝕的情況，首先是均勻腐蝕，然后因氧濃淡電池會引起陽極反應(yīng)(缺氧區(qū))和陰極反應(yīng)(富氧區(qū))，由于間隙內(nèi)氧的并無法補充，因此陽極反應(yīng)會繼續(xù)在同一個位置進(jìn)行，因此產(chǎn)生了嚴(yán)重的腐蝕結(jié)果。在不銹鋼發(fā)生間隙腐蝕的現(xiàn)象中，有氯離子Cl存在是一個非常重要的因素，例如：在NaCl溶液中，不銹鋼的間隙腐蝕，是先由于氧濃淡電池所產(chǎn)生，陽極反應(yīng)在此時生成正離子M+。M224。 M++e接著因為缺氧，所以陽極反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，形成高濃度的M+，并與NaCl溶液中的Cl，形成M+Cl。147 應(yīng)力腐蝕(stress corrosion)應(yīng)力腐蝕是一種應(yīng)力與腐蝕相互作用的結(jié)果，因為再材料受到局部應(yīng)力或應(yīng)力作用不平均時，受到高應(yīng)力作用的區(qū)域會形成陽極，而受較低應(yīng)力作用的區(qū)域則形成陰極，因此作用應(yīng)力會使得腐蝕作用更為加速稱謂應(yīng)力電池(stress cells)。應(yīng)力腐蝕發(fā)生在冷加工的材料時，高度冷加工的區(qū)域會較低度冷加工的區(qū)域更具陽極性，另外在材料存在裂縫的情況下，也會造成應(yīng)力腐蝕。所以材料在制造加工的過程，必須藉由熱處理來降低其應(yīng)力避免腐蝕，或是選用抗應(yīng)力腐蝕的材料，例如：在海水環(huán)境中可以鈦合金以取代不銹鋼。在日常生活中，汽車板金經(jīng)過敲擊修整后會發(fā)生應(yīng)力不均的現(xiàn)象，因而冷加工的部份較容易腐蝕，此部份必須由降低加工量或確實退火來防范。148 延晶腐蝕(Intergranular corrosion)又稱為粒間腐蝕，是在金屬晶界處發(fā)生局部腐蝕的現(xiàn)象。就電化學(xué)的觀點來看，由于材料的晶粒為陰極，而晶界一般為陽極，因此在均勻腐蝕的情況下，晶界處的腐蝕性仍稍大于晶粒處，如果在特殊情況下，材料的晶界抗蝕元素又相對減少，延晶腐蝕的現(xiàn)象就會發(fā)生。最顯著的例子莫過于304不銹鋼在焊接過程常發(fā)生的情況，這種不銹鋼如果如果加熱或冷卻于450℃~900℃之間(又稱為敏感化溫度)，在晶界就容易析出碳化鉻(Cr23C6)，而使得附近的鉻量不足，發(fā)生貧鉻區(qū)的現(xiàn)象，由于鉻是不銹鋼防蝕的主要元素，加上晶粒與晶界的電池效應(yīng)，因此可以在短時間內(nèi)就發(fā)生延晶腐蝕的現(xiàn)象。15防蝕的方法防止腐蝕最有效的方式是藉由暸解腐蝕機構(gòu)與腐蝕的成因，再找出適當(dāng)?shù)姆牢g方法。如前所述，發(fā)生腐蝕的主要原因包括電化學(xué)及化學(xué)作用，因此如果能阻止或抑制腐蝕的發(fā)生，諸如：選用耐蝕或適當(dāng)處理的材料，使用涂料、腐蝕抑制劑將金屬表面和其環(huán)境隔開，大量使用陰極防蝕以防止化學(xué)電池的發(fā)生，或是使陽極形成鈍化層以保護(hù)內(nèi)部金屬，均是有效的方法。151 材料的選擇和處理選擇適當(dāng)?shù)牟牧鲜欠牢g的基本方法，例如：在適當(dāng)成本考慮下使用不銹鋼或是其它耐蝕材料。但是這樣的材料也并不一定能防止腐蝕的發(fā)生，例如：沃斯田鐵系的不銹鋼料如果經(jīng)由焊接或高溫緩冷的過程，到達(dá)425℃附近，會在其晶界析出碳化鉻，此后此區(qū)域?qū)⒁蛉狈︺t而迅速發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象（此種現(xiàn)象又稱為不銹鋼敏化現(xiàn)象），因此如果使用在這樣的場合，配合適當(dāng)?shù)奶幚硎潜匾摹４送?，鑄件在冷卻過程發(fā)生的偏析現(xiàn)象會形成局部伽凡尼電池作用、材料經(jīng)過冷加工所亦產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，都必須經(jīng)由均質(zhì)化退火、弛力退火等處理來防治腐蝕的發(fā)生。152覆層和抑制劑用來防蝕的覆層大致分為有機質(zhì)覆層、無機涂層和金屬覆層兩大類，有機質(zhì)涂層如：油漆或噴漆，無機涂層如：琺瑯質(zhì)涂層、水泥涂層等都是，金屬涂層則如：電鍍、熱浸法，電鍍以鍍鉻為主，而熱浸法中熱浸鍍鋅則日益受到重視，更是近年來在鋼鐵防蝕應(yīng)用上常用的方法。有機質(zhì)覆層的目的是隔離陽極和陰極，而油漆(paints)就是一般最常用的有機質(zhì)覆層，它是由有機媒質(zhì)(vehicle)、不溶性顏料(pigment) 與其它物質(zhì)等混和而成，媒質(zhì)的成份可以是植物油、亞麻仁油或桐油，也可以是合成樹脂和揮發(fā)性稀釋劑(thinner)的混合物。無機涂層如果使用玻璃質(zhì)琺瑯必須保持沒有裂隙，以往常用的彩色鍋就是這一類涂層的例子，但是熱震(thermal shock)破裂是其主要弱點；水泥涂層可以使用涂布或噴敷的方式，一般厚度約為10~30mm，較厚的涂層可以用金屬網(wǎng)來補強；化學(xué)轉(zhuǎn)化涂層是目前常用的涂層方式，磷酸鹽、鐵氟龍都是這一類涂層的代表，陽極處理涂層更是鋁及鋁合金有效的防蝕方式。金屬覆層是近年來公共工程極為重視的防蝕方法，一般使用于土木營造、電力、通訊、鐵道，造船等方面，良好的金屬涂層，不但可以延長結(jié)構(gòu)壽命，相較于有機涂層必須定期維修的缺點，金屬涂層更具有成本經(jīng)濟、經(jīng)年不必維修等特點，例如采用熱浸鍍鋅構(gòu)材或鋼索的橋梁，就可以耐用數(shù)十年以上，而據(jù)文獻(xiàn)指出：美國Brooklyn橋上的鍍鋅鋼索使用就超過百年。153 陰極防蝕陰極防蝕的方法最主要的目的是使得被保護(hù)的金屬成為陰極，這樣就可以確保該金屬不被腐蝕。陰極防蝕的主要方式有兩種：一種是施以外部電壓（impressed voltage），使得腐蝕反應(yīng)停止或是反向進(jìn)行，另一種是以他種金屬作為陽極稱為犧牲陽極(sacrificial anode)，在陽極耗盡后只需更換新的陽極即可。154金屬鈍化(陽極保護(hù))鈍化或稱為過動態(tài)(Passivity)是一種金屬特殊的現(xiàn)象，它產(chǎn)生的現(xiàn)象是使得原先易受腐蝕的陽極金屬反而受到保護(hù)。有些金屬在特定的環(huán)境下，會有活性的轉(zhuǎn)變，也就是原先活性很強的金屬，腐蝕速率應(yīng)隨電極電位而增加，但是當(dāng)陽極極化電位到達(dá)某一定電位時，腐蝕速率反而急遽下降，形成鈍化的現(xiàn)象，這種鈍化的現(xiàn)象可以使得原先容易受腐蝕的金屬(例如：鐵)，甚至在強酸中(例如：硝酸)也不會受到腐蝕。在活化鈍化轉(zhuǎn)移的過程中，產(chǎn)生變化的臨界的電位稱為鈍化電位，此時金屬會產(chǎn)生一層30A176。(1A176。=1010m)的鈍化膜，保護(hù)內(nèi)部金屬不致招受腐蝕。在工程應(yīng)用上，鈍化可以在一定的控制下達(dá)到防止腐蝕的效果。容易產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象的金屬有：鐵、鎳、鉻、鈦。在金屬活化區(qū)中，它的極化現(xiàn)象與一般非鈍化金屬相似，當(dāng)電極間電位增加時，電流密度及腐蝕速率會隨著增加，可是當(dāng)電位達(dá)到臨界電位，此時即進(jìn)入鈍化區(qū)，其間電流密度驟減，腐蝕速率急遽降低，電位如果再持續(xù)增加，金屬就會形成過鈍化現(xiàn)象，此時腐蝕速率又會再度增加。利用金屬鈍化的特性，我們可以使其電位維持在鈍化區(qū)內(nèi)，達(dá)到特定金屬的防蝕效果。如前所述，有些金屬在伽凡尼電位的順序是屬于陽極性較強的一端，但如果在受到較高電位（陽極極化）或是特定環(huán)境下將形成一層鈍化層，而可以抑制腐蝕。此外，應(yīng)用上可以使用鈍態(tài)劑使金屬材料之腐蝕電位往較不易腐蝕(noble)的方向移動，常用的鈍態(tài)劑有：鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽等無機氧化性物質(zhì)，通常移動的電位不會超過數(shù)豪伏特或是數(shù)十豪伏特，應(yīng)用的范圍則是內(nèi)燃機、整流器、冷卻水塔等。摘 要1. 1. 材料會因為時間、環(huán)境等種種因素，而不堪使用或失敗(failure)，其原因除了肇因于強度無法承受負(fù)荷所產(chǎn)生的破壞，還有磨耗、腐蝕、輻射損傷等其它因素，而這其中又以腐蝕的影響最重要。2. 2. 分析材料發(fā)生腐蝕的基本原因，主要可以區(qū)分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類?；瘜W(xué)腐蝕（chemical corrosion）又稱為直接溶解(dissolution)，電化學(xué)腐蝕通常是指兩種異質(zhì)金屬或金屬中足以構(gòu)成電位差的兩極，在一種電解質(zhì)(electropte)相連的環(huán)境中，形成陽極金屬持續(xù)失去金屬離子而被腐蝕的現(xiàn)象。3. 3. 電溶壓大的金屬，因為容易化為金屬離子，所以比較易受腐蝕，反之電溶壓小的金屬，比較不容易受到腐蝕。電溶壓用在電化學(xué)上又稱為伽凡尼電位(Calvanic Potential)或是電解電位，簡稱電位。4. 4. 影響腐蝕的環(huán)境因素，主要有大氣、土壤、溶液、酸堿度、散亂電流等。在其它因素方面，如：制品的材料成份、熱處理效應(yīng)、加工效應(yīng)也在在影響腐蝕的結(jié)果。5. 5. 鋼鐵材料的腐蝕現(xiàn)象，主要也由于化學(xué)及電化學(xué)因素所引起，常見的形式有：直接氧化腐蝕、均勻腐蝕、伽凡尼腐蝕、穿孔腐蝕、間隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、延晶腐蝕、浸蝕腐蝕、空洞腐蝕和磨擦腐蝕等。6. 6. 由于發(fā)生腐蝕的主要原因為電化學(xué)及化學(xué)作用，因此諸如：選用耐蝕或適當(dāng)處理的材料，使用涂料、腐蝕抑制劑將金屬表面和其環(huán)境隔開，大量使用陰極防蝕以防止化學(xué)電池的發(fā)生，或是使陽極形成鈍化層以保護(hù)內(nèi)部金屬，均是阻止或抑制腐蝕的發(fā)生的有效方法。29 / 29