• 金屬防蝕的方法
    防止金屬腐蝕最有效的方式是藉由暸解腐蝕機制與腐蝕的成因,再找出適當的防蝕方法。 金屬發生腐蝕的主要原因包括電化學及化學作用,因此如果能阻止或抑制腐蝕的發生,諸如:選用耐蝕或適當處理的材料,使用塗料、腐蝕抑制劑將金屬表面和其環境隔開,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內部金屬,均是有效的方法。 材料的選擇和處理 選擇適當的材料是防蝕的基本方法,例如:在適當成本考慮下使用不銹鋼或是其他耐蝕材料。但是這樣的材料也並不一定能防止腐蝕的發生,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℃附近,會在其晶界析出碳化鉻,此後此區域將因缺乏鉻而迅速發生腐蝕的現象(此種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。此外,鑄件在冷卻過程發生的偏析現象會形成局部伽凡尼電池作用、材料經過冷加工所亦產生的應力腐蝕現象,都必須經由均質化退火、弛力退火等處理來防治腐蝕的發生。 覆層和抑制劑 用來防蝕的覆層大致分為有機質覆層、無機塗層和金屬覆層三大類,有機質塗層如:油漆或噴漆,無機塗層如:琺瑯質塗層、水泥塗層等都是,金屬塗層則如: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用上常用的方法。 有機質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覆層,它是由有機媒質(vehicle)、不溶性顏料(pigment) 與其他物質等混和而成,媒質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性稀釋劑(thinner)的混合物。 無機塗層如果使用玻璃質琺瑯必須保持沒有裂隙,以往常用的「彩色鍋」就是這一類塗層的例子,但是熱震(thermal shock)破裂是其主要弱點;水泥塗層可以使用塗佈或噴敷的方式,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,磷酸鹽、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,不但可以延長結構壽命,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經濟、經年不必維修等特點,例如採用熱浸鍍鋅構材或鋼索的橋樑,就可以耐用數十年以上,而據文獻指出:美國Brooklyn橋上的鍍鋅鋼索使用就超過百年。 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。陰極防蝕的主要方式有兩種:一種是施以外部電壓(impressed voltage),使得腐蝕反應停止或是反向進行,另一種是以他種金屬作為陽極稱為犧牲陽極(sacrificial anode),在陽極耗盡後只需更換新的陽極即可。 金屬鈍化(陽極保護) 鈍化或稱為過動態(Passivity)是一種金屬特殊的現象,它產生的現象是使得原先易受腐蝕的陽極金屬反而受到保護。有些金屬在特定的環境下,會有活性的轉變,也就是原先「活性」很強的金屬,腐蝕速率應隨電極電位而增加,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,形成鈍化的現象,這種鈍化的現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─鈍化轉移的過程中,產生變化的臨界的電位稱為鈍化電位,此時金屬會產生一層30Å(1Å=10-10m)的鈍化膜,保護內部金屬不致招受腐蝕。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「活化區」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內,達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)或是特定環境下將形成一層鈍化層,而可以抑制腐蝕。 此外,應用上可以使用鈍態劑使金屬材料之腐蝕電位往較不易腐蝕(noble)的方向移動,常用的鈍態劑有:鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽等無機氧化性物質,通常移動的電位不會超過數毫伏特或是數十毫伏特,應用的範圍則是內燃機、整流器、冷卻水塔等。 ...
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