七種會影響金屬腐蝕的因素,談金屬腐蝕(5)

Laitr Keiows [CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

(文章取材自網路,作者佚失,但內容經過工作熊整理潤飾)

金屬發生腐蝕的過程主要依據「化學反應」和「電化學反應」兩種方式來進行。以「鐵」的腐蝕現象,

如果就「化學反應」的觀點來說明,其在大氣中的氧化過程為:

溫室下,
       Fe + 1/2O2 → 2Fe(OH)2,氫氧化亞鐵
       2Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O → 2Fe(OH)3,氫氧化鐵(鐵鏽)

而如果以「電化學反應式」的觀點來表示,就會是:
       Fe + 1/2O2 + H2O → Fe++ + 2OH → 2Fe(OH)3,氫氧化鐵(鐵鏽)

但是如果單看這兩種化學式,其實也只是反應過程描述的不同而已。

實際上,隨著環境的改變,各種影響腐蝕的因素也會變得更加的複雜,這些都會使得金屬腐蝕的程度或是型態都隨著改變,並且增加腐蝕的嚴重性。







例如,大氣中已有的水分和塵埃,原本就足以造成金屬的腐蝕,然而隨著工業化的程度增加或類似垃圾焚化爐的增設,空氣中會加入各種不可預測的氣體與化合物,像是二氧化硫(SiO2)、硫化氫(H2S)等,在加上台灣的海島地形又比內陸地區富含更多的鹽分,無形中給予了電化學反應更多的養分,於是更助長了金屬材料腐蝕的嚴重度。

例如,將鐵放置於高溫環境中,其腐蝕型態會不同於常溫下的反應,鐵會直接與氧氣結合,而直接形成氧化鐵(Fe2O3)、氧化亞鐵(FeO)、四氧化三鐵(Fe3O4)等氧化物。

除了大氣之外,土壤、溶液、酸鹼度、散亂電流等,也都是影響金屬腐蝕的環境因素。在其他因素方面,例如,製品的材料成分、熱處理效應、加工效應等也在在都影響著腐蝕的結果。

下面是七種會影響金屬腐蝕的因素說明:

1. 大氣

在沒有濕度存在的大氣環境中,由於缺少了電解液,會使得腐蝕無法順利進行反應,因此一般金屬材料的腐蝕速率會小到足以被忽略的程度,這也是為何暫時停飛的飛機要存放在沙漠中的原因,但如果大氣中混有塵埃或不純物時,由於它們會使水氣凝結在金屬表面,因此即使只有些微的溼氣,腐蝕性還是可能會有很大的差異。

大氣因腐蝕性的不同主要可分為海岸地帶、工業地帶、熱帶、寒帶、都市或鄉村等類型。

2. 土壤

許多結構金屬材料必須長年與土壤接觸,例如,地下水管、油管、煤氣管路等,因此土壤的成分對金屬腐蝕的影響就相當大。某種金屬可以在某處使用得很理想,卻可能在另一處因土壤環境的差異,而產生嚴重的腐蝕或破壞。

土壤對於腐蝕之影響主要是由於其多孔性、鹽類(去極劑(depolarizer)或抑制劑(inhibitor)、水分、電導度、酸鹼度等因素,其間各種條件的差異會使得化學及電化學腐蝕反應進行產生不同的結果。

此外,空氣流通性差而含有硫酸鹽的土壤,還可能會有還原硫酸菌等微生物存在,它們也會造成極大的腐蝕速率。

有機無機塗層、金屬塗層、土壤改良或陰極防蝕都是可以採行的有效方法。

3. 散亂電流

散亂電流係指非經正常電路而來的電流,當這類電流進入金屬裝置而後又離開時,其流經的區域就會產生腐蝕現象。相較於大地中的自然電流,它們顯得不穩定而且影響更大,因此於散亂電流會影響結構的場合,就必須特別防範。

散亂電流又分為直流及交流兩類,而直流的影響又較大。直流散亂電流來源是電氣化火車、接地的直流電機、電銲機、電鍍工廠等,而交流散亂電流來源則是接地的交流發電系統等。

防範散亂電流的方法有:以低阻抗金屬導體結合受保護體(例如,地下管)和散亂電流(例如,電車軌道),以避免電位差產生大變化;陽極或陰極防蝕、裝設絕緣耦合器(coupling)等。

4. 溶液

材料在中性、酸性、鹼性各種溶液中,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。例如,水溶液中氧的溶度、電解質、流速等。溶液是形成電化學腐蝕的重要介質,許多腐蝕現象因此而生。

5. 金屬合金成分

一般金屬成分如果稍有不同,在水中和土壤中之腐蝕效率可能並沒有顯著的影響,但是如果放在海水或是酸性等類似溶液環境中,腐蝕的速率就會受到影響。

例如,鋼鐵材料中含有磷及硫的成分,在酸溶液中就會有顯著的腐蝕增速。錳則會使得含硫的鋼減低酸溶液的腐蝕性,鎳在鹼性溶液中也有類似的效果。

6. 熱處理效應

材料經過熱處理之後,容易產生局部的電池效應,有些地方形成陽極,而有些地方則會形成陰極,這樣形成的賈凡尼電池也會影響到腐蝕速率。例如,碳鋼在高溫蝕急速冷卻會形成麻田散鐵,如果在經回火形成第二相組織ε碳化鐵,兩相之間就會形成賈凡尼電池而加速腐蝕反應。

但在實際應用上,相對於其他因素來說,熱處理對腐蝕的影響並不是很大,只要注意加熱或冷卻的程序,或添加適當的抑制劑都能將腐蝕速度降低最輕程度。

7. 加工效應

材料在經過敲擊或冷作之後都會產生殘留應力,這樣的結果實際上是產生了經格缺陷或是碳化物、氮化物等偏析現象,因而形成局部電池效應,應力腐蝕就是這一類腐蝕的代表。如果使應力作用加上特定的環境,應力腐蝕的速率就會十分顯著,加工時所產生的應力腐蝕破壞有時也會沿著晶粒間進行,因而產生多種因素混合的腐蝕現象。

應力腐蝕可以用後加工(例如,珠擊法)、材料改良(添加合金元素)或陰極保護法來抑制。


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