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介紹4種可以用來防止金屬腐蝕的方法，談金屬腐蝕(7)

（文章取材自網路，作者佚失，但內容經過工作熊整理潤飾）

防止金屬腐蝕最有效的方法是藉由研究腐蝕的機構與了解腐蝕的成因，以找出適當的金屬防蝕方法，所謂「知己知彼、百戰百勝」。

如前所述，發生腐蝕的主要原因包含電化學及化學作用，因此只要能阻止或抑制其產生電化學或化學作用，就可以達到防止腐蝕的效果，比如，選用耐蝕或適當處理過的金屬材料，使用塗料或腐蝕抑制劑將金屬表面與環境隔絕開來，大量使用陰極防蝕以防止化學電池的發生，或是使陽極形成鈍化層以保護其內部金屬，均為有效的方法。

1. 防蝕材料的選擇和處理

選擇適當的材料是防止金屬腐蝕的最基本方法。例如，在適當成本考慮下選用不銹鋼或是其它耐腐蝕材料。

但是這樣的材料也不一定就能起到完全防止腐蝕的發生，例如，沃斯田鐵系的不銹鋼料如果經由銲接或高溫緩冷的過程，到達425°C附近，會在其晶格界面析出碳化鉻，日後此區域將會因缺乏鉻而迅速發生腐蝕的現象，此種腐蝕現象又稱為「不銹鋼敏化現象」，因此如果使用在這樣的場合，配合適當的處理是必要的。

除此之外，鑄件在冷卻過程中發生的偏析現象也會形成局部賈凡尼電池作用、材料經過冷卻加工後亦可能產生應力腐蝕現象，這些都必須經由均質化退火（目的在使材料成份分布均勻）、弛力退火（目的在消除殘留應力）等步驟來防治腐蝕的發生。

2. 使用塗料覆層和腐蝕抑制劑

可以用來防止金屬腐蝕的覆層大致可以分為有機質覆層、無機塗層和金屬覆層三大類：

• 有機質覆層，如油漆或噴漆。
  有機質覆層的目的是為了隔離陽極和陰極，而油漆(paints)則是一般最常見的有機質覆層，它是由有機媒質(vehicle)、不溶性顏料(pigment)與其它物質等混合而成，媒質的成分可以是植物油的亞麻仁油或桐油，也可以是合成樹脂和揮發性稀釋劑(thinner)的混合物。

• 無機塗層，如琺瑯質塗層、水泥塗層等都是。
  無機塗層如果使用玻璃琺瑯則必須保持沒有裂隙，以往常用的「彩色鍋」就是這一類塗層的例子，但是經過熱衝擊(thermal shock)後容易破裂是其主要缺點；水泥塗層可以使用塗佈或噴覆的方式，一般厚度約為10~30mm，較厚的塗層可以用金屬網來補強；化學轉化塗層是目前常用的塗層方式，硝酸鹽、鐵氟龍都是這一類塗層的代表，陽極處理塗層更是鋁及鋁合金有效的防蝕方式。
  

• 金屬塗層，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用上常用之方法。
  金屬覆層是近年來公共工程極為重視的防蝕方法，一般使用於土木營造、電力、通訊、鐵道、造船等方面，良好的金屬塗層佈，可以延長結構壽命，相較於有機塗層必須定期維修的缺點，金屬塗層更具有成本優勢，經年不必維修等優點，例如採用熱浸鍍鋅構材或鋼索橋梁，就可以耐用數十年以上，而據文獻指出，美國布魯克林大橋(Brooklyn bridge)上的鍍鋅鋼索使用就超過了百年。

3. 陰極防蝕

「陰極防蝕法」又稱「陰極保護法」，其最主要的目的是想辦法將需要被保護的金屬變成陰極，這樣就可以確保該金屬不被腐蝕，因為依據電化學電池理論，陽極會失去電子造成腐蝕，而陰極則會獲得電子受到保護，因此只要想辦法將需要被保護的金屬變成陰極，該金屬就可以不被腐蝕了。

陰極防蝕的主要方式有兩種：

• 第一種方法是施以外部電壓(impressed voltage)。外加電壓一般為直流電，將電源的負極連接到需要被保護的金屬上，這樣可以人為強迫可能被腐蝕的金屬變成陰極，並將正極連接到輔助陽極上，通過電解質(泥土或其他物質)構成一個迴路，使得腐蝕反應停止或反向進行。
  被作為外加電流的輔助陽極通常採用的是高矽鑄鐵陽極（high silicon cast iron），另外還有石墨(Graphite)、混合氧化物(mixed metal oxide)、鍍有鈦或鈮的鉑電極(platinum coated titanium or niobium coated rod and wires)等陽極。
  

• 另一種方法是以它種金屬作為陽極成為犧牲陽極(sacrificial anode)，在陽極耗盡前定期更換新的犧牲陽極即可。
  可以參考「賈凡尼次序」的金屬活性排列順序來選用犧牲陽極金屬，要注意不建議選用差距太大的陽極（電位差大的金屬），否則陽極金屬的消耗將非常快速。
  比如，在船舶的船殼上使用「鋅」來當作犧牲陽極，鋅和鋼鐵之間電極電位不同，會產生些微電位差，電子就會從電位較高的鋅流入到電位較低的鋼鐵中，此時，鋅不斷的失去金屬離子產生電子而遭到腐蝕，鋼鐵則不斷地接受電子而抑制了鐵離子的形成，從而避免腐蝕，但近年來因為環保議題（鋅陽極有含鎘）以及原物料價格波動，現在已經漸漸被「鋁合金」陽極所取代。
  

4. 金屬鈍化(陽極保護)

「鈍化」或稱為「過動態(Passivity)」是一種金屬的特殊現象，它發生的現象是使得原先易受到腐蝕的陽極金屬反而受到保護。有些金屬在特定的環境下，會發生活性轉變，也就是說原先「活性」很強的金屬，腐蝕速率應該要隨著電極電位增加而增加，但是當陽極極化電位到達某一定電位時，腐蝕速率反而急遽下降，形成所謂「鈍化」的現象，這種鈍化的現象使得原先容易受到腐蝕的金屬(例如，鐵)，甚至在強酸中(例如，硝酸)也不會繼續受到腐蝕。

在活化到鈍化轉移的過程中，產生變化的臨界電位稱之為「鈍化電位」，此時金屬會產生一層約30Å(1Å=10^-10m)的鈍化膜覆蓋在金屬的表面，保護金屬不至於繼續遭受腐蝕。在工程應用上，鈍化可以在一定的控制下達到防止腐蝕的效果。

容易產生鈍化現象的金屬有鐵、鎳、鉻、鈦。在金屬「活性區」中，它的極化現象與一般非鈍化金屬相似，當電極間電位增加時，電流密度及腐蝕速率會隨著增加，可是當電位達到臨界電位，此時即進入鈍化區，其間電流密度驟減，腐蝕速率急遽降低，電位如果再持續增加，金屬就會形成過鈍化現象，此時腐蝕速率會再度增加。利用金屬鈍化的特性，我們可以使其電位維持在鈍化區內，以達到特定金屬的防腐效果。

如前所述，有些金屬在賈凡尼電位的順序是屬於陽極性較強的一端，但如果在受到較高電位(陽極極化)或是特定環境下形成一層鈍化層，則可以抑制腐蝕。

此外，應用上可以使用鈍化劑使金屬材料之腐蝕電位往較不易腐蝕(noble)的方向移動，常用的鈍化劑有鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽等無機氧化物質，通常移動的電位不會超過數毫伏特或是數拾毫伏特，應用範圍是內燃機、整流器、冷卻水塔等。

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