【正文】 29 / 29。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。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。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。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。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。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)，達到特定金屬的防蝕效果。容易產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象的金屬有：鐵、鎳、鉻、鈦。=1010m)的鈍化膜，保護內(nèi)部金屬不致招受腐蝕。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。154金屬鈍化(陽極保護)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。153 陰極防蝕陰極防蝕的方法最主要的目的是使得被保護的金屬成為陰極，這樣就可以確保該金屬不被腐蝕。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。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。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?shù)奶幚硎潜匾?。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內(nèi)部金屬，均是有效的方法。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。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。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。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)。M224。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)在同一個位置進行，因此產(chǎn)生了嚴重的腐蝕結(jié)果。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。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。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。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。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。較具陽極的金屬易受到腐蝕。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)。以鋼為例，在海水中的腐蝕速率約為25mdd，相當于5mpy。1431 均勻腐蝕的量測均勻腐蝕的速率，通常可以用幾種單位表示。142均勻腐蝕(Uniform attack corrosion)當一種金屬置于電介質(zhì)(或電解質(zhì))中，金屬的某部分區(qū)域會比其它區(qū)域更為陽極，而且這些區(qū)域的位置會不時移動，有時也會周而復(fù)始，這樣的現(xiàn)象使得腐蝕現(xiàn)象在各處均勻發(fā)生，稱為均勻腐蝕。141直接氧化腐蝕高溫或缺乏水份的情況下，鐵的腐蝕型態(tài)將不同于常溫下的反應(yīng)，而直接與氧結(jié)合，其反應(yīng)式：4Fe＋3O2 224。14鋼鐵的腐蝕在金屬材料中，鋼鐵的腐蝕無疑是其中最重要的，因為它使用的范圍很廣，影響也很大；舉凡橋梁、機械、結(jié)構(gòu)物或關(guān)系公共工程的建設(shè)，無不與鋼鐵材料有關(guān)。如果使應(yīng)力作用加上特定的環(huán)境，應(yīng)力腐蝕的速率就會十分顯著，加工所產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕破壞有時也沿晶粒間隙進行，因而產(chǎn)生多種因素混和的腐蝕現(xiàn)象。但在實際上相對于其它因素，熱處理對腐蝕的影響并非很大，只要注意加熱或冷卻的程序，或添加適當?shù)囊种苿┒寄軐⒏g速率減低至最輕程度。136 熱處理效應(yīng)材料經(jīng)過熱處理之后，容易產(chǎn)生局部的電池效應(yīng)，有些地方形成陽極而有些地方形成陰極，這樣形成的伽凡尼電池也會影響腐蝕速率。例如鋼鐵材料中含有磷及硫，在酸中就會顯著增加腐蝕速率。溶液是形成電化學(xué)腐蝕的重要介質(zhì)，許多腐蝕現(xiàn)象因此而生。134溶液材料在中性、酸性、堿性各種溶液中，都會有不同的腐蝕速率，而溶液中的各種條件也會影響腐蝕的進行。直流散亂電流的來源是電氣化火車、接地的直流電機、電焊機、電鍍工廠等，而交流散亂電流的來源是接地的交流發(fā)電系統(tǒng)等。相較于大地中的自然電流，它們顯得不穩(wěn)定而且影響較大，因此于散亂電流會影響結(jié)構(gòu)的場合，就必須特別防范。有機無機涂層、金屬涂層、土壤改良或陰極防蝕都是有效的方法。(土壤對于腐蝕之影響主要是由于其多孔性、鹽類(去極劑或抑制劑)、水份、電導(dǎo)度、酸堿度等因素，其間各種條件的差異會使得化學(xué)及電化學(xué)腐蝕反應(yīng)的進行產(chǎn)生不同的結(jié)果。132土壤許多結(jié)構(gòu)材料必須長年與土壤接觸，例如：地下水管、油管、煤氣管路等，因此土壤的成份對金屬腐蝕的影響很大。海岸地帶大氣中所含的鹽份與濕氣結(jié)合，可以形成伽凡尼電池或是氧氣濃差電池；工業(yè)地帶的大氣含有碳、碳化合物、硫化物和金屬氧化物，其中最主要的腐蝕性成份是二氧化硫，它的主要來源是煤、重油、汽油的燃燒所產(chǎn)生，而含硫化物的酸雨更足以加速腐蝕的進行，對鐵而言，由于二氧化硫經(jīng)反應(yīng)可以產(chǎn)生H2SO4，H2SO4與鐵作用，經(jīng)由上列反應(yīng)式之催化，就會使鐵產(chǎn)生更大的腐蝕。131大氣在沒有濕度存在的大氣中，由于沒有電解液，腐蝕無法進行反應(yīng)，因此一般材料的腐蝕速率小到足以忽略，但當大氣中的塵埃或不純物存在時，由于他們會使?jié)駳饽Y(jié)在金屬表面，因此即使些微的濕氣，腐蝕性就會有很大的差異。除了大氣之外，土壤、溶液、酸堿度、散亂電流等，也都是影響腐蝕的環(huán)境因素。例如：大氣中原有水份和塵埃，足以影響腐蝕的程度，然而隨著工業(yè)化程度的增加之外，還加入了各種氣體和化合物，像是二氧化硫SiO硫化氫H2S等，加上本省海島地形含有充足的鹽份，經(jīng)由電化學(xué)反應(yīng)，這些物質(zhì)更助長了材料的腐蝕。Fe+2＋2 OH 224。 2Fe（OH）2 氫氧化亞鐵2Fe（OH）2＋1/2 O2 ＋H2 O224。13影響金屬腐蝕的因素如前所述，腐蝕發(fā)生的過程主要依化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)兩種方式來進行。綜合以上所述可以知道，電化學(xué)腐蝕主要由于材料本身產(chǎn)生了電池效應(yīng)，電池效應(yīng)是基于電池中有兩種不同電極懸掛在一電解質(zhì)內(nèi)，陽極部份發(fā)生氧化作用而蝕去，陰極則大多產(chǎn)生氫離子的還原作用，而放出氫氣，結(jié)果使材料形成腐蝕的現(xiàn)象。而從另一方面來看，由于電位序在前面的金屬相對于電位序在其后的金屬將形成陽極，由于腐蝕發(fā)生于陽極，因此就可以保護其后位金屬避免腐蝕，這種犧牲陽極的方法就是腐蝕防治的一種重要方式。 相反的，電位序在后的金屬對于電位序在前的金屬成為陰極。在海水、淡水溶液或其它工業(yè)氣氛中，伽凡尼電位序也可能會有差異，以海水中的伽凡尼電位序而言，依金屬電位由大到小將金屬順序排列，依序為：鉀(K)、鈉( Na)、鎂(Mg)、鋁(A1)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、钖(Sn)、鋁(Pb)、銅(Cu)、銀(Ag)、鉑(Pt )、金(Au)。當電位差愈大，產(chǎn)生的電流愈強，腐蝕損耗率就愈大。不同的金屬具有不同的電位，所以當兩種不同金屬搭接在一起時，由于兩者的電位差，就會產(chǎn)生電流，其原理正如同水往低處流的情況一樣。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，比較到腐蝕。同樣的，大多數(shù)金屬如果置于溶液中，其內(nèi)部都具有化學(xué)電壓將其離子送入溶液中的趨勢，只是大小的程度不同而已。 而當金屬表面生成海棉狀的化合物，就足以容納更多水份繼續(xù)其電池作用，并且向內(nèi)腐蝕金屬。電化學(xué)腐蝕發(fā)生的原因，既然是因為電位的不同而且可以產(chǎn)生電池效應(yīng)所致，當然相同的金屬也可能會發(fā)生電池效應(yīng)，例如：同一金屬構(gòu)件表面有局部變異而形成兩極，或是搭接物體的夾縫內(nèi)藏有鹽類或塵垢等。由此可知，電池效應(yīng)發(fā)生的情況必須是，材料發(fā)生氧化電位（或還原電位）不同的兩極，并且有適當介質(zhì)的條件下，由于環(huán)境產(chǎn)生了足以形成電解池的條件下才足以發(fā)生。兩種不同金屬就容易發(fā)生這種現(xiàn)象，這其中一種金屬會較容易失去電子（陽極），而另一種金屬則較容易獲得電子（陰極），透過適當?shù)耐?，其結(jié)果是使得陽極金屬陸續(xù)解離形成金屬離子。電化學(xué)腐蝕反應(yīng)，其實與電鍍（electroplating）的作用原理相似，也就是陽極失去金屬（可以視為如腐蝕的現(xiàn)象）而陰極則覆層金屬（可以視為如電鍍的