電化學腐蝕其實比化學腐蝕影響還嚴重,談金屬腐蝕(3)

「電化學腐蝕」通常是指兩種異質金屬或相同金屬卻足以構成電位差的兩極,在一種電解質(electrolyte)將兩極相連的環境中,形成陽極金屬持續失去金屬離子而被腐蝕的現象,這與電池效應及電鍍原理是一致的。

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分析金屬材料發生腐蝕的基本原因,主要可以區分為「化學腐蝕」與「電化學腐蝕」兩大類,前面的篇幅已經說明過「化學腐蝕」,本文將針對「電化學腐蝕」來做說明。在「化學腐蝕」與「電化學腐蝕」這兩類的腐蝕中,又以電化學腐蝕較為重要,也較容易被忽視。







電化學腐蝕

「電化學腐蝕」通常是指兩種異質金屬或相同金屬卻足以構成電位差的兩極,在一種電解質(electrolyte)將兩極相連的環境中,形成陽極金屬持續失去金屬離子而被腐蝕的現象,這與電池效應及電鍍原理是一致的。

註:電解液或電解質是指水溶液或熔融狀態下可以產生自由離子而導電的化合物。通常指在溶液中可導電的物質,但熔融態及固態下可導電的電解質也存在。

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電化學腐蝕是最重要的腐蝕因素,因為大多數金屬腐蝕的起因都可以說是一種電化學反應。這裡所說的電化學反應是指在相同或不同金屬物體中,由於各種因素使得某些部分產生了局部的「陽極反應(Anode reaction)」,讓金屬失去一個或多個電子,變成金屬陽離子,亦即發生陽極氧化作用;於此同時,在另一地點則產生「陰極反應(Cathodic reaction)」,獲得多出來的電子,使得陰極形成還原作用(等價交換,能量不滅啊!),而構成一個電池效應。這種電池效應會使得陽極金屬造成消融的腐蝕,就稱之為電化學腐蝕(Electrochemical corrosion)。

電化學腐蝕反應其實與電鍍(electroplating)的作用原理類似,也就是陽極會失去金屬(可以視為腐蝕現象),而理論上陰極則會獲得金屬覆蓋其表面(可以視之為電鍍現象),只是腐蝕現象發生時,陰極反應通常不會伴隨電鍍效應,因為其還原的大多生成為氣體汽化掉、液體滴落掉或固體直接掉落。

電化學反應的觀點,可以說是腐蝕現象裡最重要的部分。而且大部分的腐蝕現象都可以發現這樣的反應;在電化學反應裡,它將失去電子的一方稱之為陽極(Anode),而獲得電子的一方稱之為陰極(Cathode),當兩極之間具有一低阻抗的導電通路時,陽極金屬就會發生腐蝕。

兩種不同金屬間就非常容易發生這種現象,這其中一種金屬會較容易失去電子(陽極),而另一種金屬則會較容易獲得電子(陰極),透過適當的通路,其結果將使得陽極金屬陸續解離形成金屬離子。這些金屬離子若不是被周遭的電解質吸收,就是與非金屬離子結合形成一層表面的沉積層,因此陽極金屬會逐漸失去(被腐蝕),反之,陰極金屬則會受到保護。

由此可知,電池效應發生的情況必須是,材料發生氧化電位(或還原電位)不同的兩極,並且有適當介質的條件下,還要由於環境產生了足以形成電解池的條件下才足以發生。例如,兩種不相似的金屬搭接在一起或金屬表面間有潮濕的空氣等。

相同的金屬間只要有電位差與通路同時發生也可以產生電化學腐蝕

Micro-USBl連接器金手指的電化學腐蝕電化學腐蝕發生的原因,既然是因為電位的不同而且可以產生電池效應所導致,當然在相同金屬間也可以發生電池效應。例如,同一金屬構件表面有局部變異而形成兩極,或是搭接物體的夾縫內藏有鹽類或塵垢等。

在電子產品中就更不乏這類有電位差的銅箔導線,尤其在使用micro-USB連接器當電源插頭時,其正負極之間的距離極近,當有飲料液體(尤其是汽水)灑落其間時就會形成通道而導致腐蝕發生。

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此外,高溫高濕環境更會增加電解液體的活動程度並加速腐蝕、而當金屬表面長出海綿狀的化合物後,還會讓其容納更多的水分繼續其電池作用,並且向更深層組織腐蝕金屬。


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