金属为何会生锈.doc

金属为何会生锈? 金属本身虽具有优良之特性, 但在自然状态下不能以单体存在, 而必须以氧化物、硫化物等安定化合物方式存在, 也就是所谓的矿石。人类在漫长的历史中得知如何自矿石中找到金属,并耗费极大的劳力去提炼出铁、铜、锌、铝等以资利用。然而金属曝露在大气中,铁易产生红锈、铜生绿锈、锌和铝生白锈。这是因为金属本身常会与水、二氧化碳、氧气等安定元素结合成化合物状态, 结果即生成"锈"。金属拥有多种固有特性。例如: 将金属置入某一溶液中, 其将会有自溶液中析出阳离子的倾向发生, 此即所谓〝离子化倾向〞。有关主要元素离子化倾向的顺序如下:( 易离子化) 钾>镁>铝>锰>锌>铬>铁>钴>镍>锡>铅>(氢)>铜>银>铂>金(难离子化)。金属变成阳离子是一种锈蚀现象。由上表得知: 铁较镁、金较铁难离子化, 即不易锈蚀。然而,在金属的锈蚀形态上又有含水份的电化学锈蚀和不含水份的其它锈蚀之区别。所谓电化学锈蚀就是金属由于雨水、海水、结露等的湿润, 或是和其它电解质作用, 产生非金属化合物的一种变化。一般而言,金属锈蚀大半是这种型态。所谓其它锈蚀就是金属在高温或常温下, 由于氧化、硫化现象所产生的化学锈蚀( 干蚀), 或是由于细菌等所产生的生物锈蚀。钢铁的防蚀方法有哪些? 构造用材料中, 钢铁占有其重要地位。但在一般的环境下, 钢铁易生锈, 所以适当的防蚀处理是必要的;一般锈蚀的抑制方法,其原理不外乎下列四种: 覆盖遮断法。钢铁上之披覆材表面形成一种耐蚀性的静态安定性的腐蚀生成物。使素材表面之局部电池发生减少。改变环境中之锈蚀状态,使锈蚀形成减少。一般防蚀方法,即为上述四种原理之组合,可做以下之分类: 防蚀法分类分类方法 ABCD 添加合金元素不锈钢 0 耐候钢 0 表面被覆金属热浸镀 00 0* 电镀 00 0* 熔射 00 0* 涂装( 亦适非金属)0 非金属内衬 0琅0 化成处理 0 电气化学的方法电气防蚀法阴极防蚀法 0 阳极防蚀法 0 环境抑制腐蚀抑制添加剂 0 * 镀锌时有效热浸镀锌的耐蚀性有何特征? 热浸镀锌的耐蚀性主要有下列两大特征: 【A】皮膜保护作用: 镀锌皮膜之腐蚀生成物为一致密的强力保护皮膜, 使以后之锈蚀难以继续进行。其与钢材的比较如图一。但一般的腐蚀速率, 因与其使用环境与期间之差别而有所不同, 锌的耐蚀性约为钢铁的 10至 25 倍。例如在严苛的海岸地区,锌与铁的腐蚀速率比较如图二。锌铁材料氧化物生成生成致密的氧化物生成疏松的氧化物氧化物生成后致密的氧化物保护底材氧化物保护能力差 300 200 100 12345 (年数) 【B】牺性防蚀作用: 镀锌皮膜在某些因素而生瑕疵的情形下,其周围的锌会形成阳离子以抑制钢铁材的腐蚀,此为电化学的保护性牺牲防蚀作用。此种锌对铁的牺牲防蚀作用, 是锌的独特性质。热浸镀锌和涂装之比较如图三。镀锌涂装原材料破裂产生腐蚀状态抑制腐蚀(牺牲阳极) 加速腐蚀热浸镀锌所使用环境与耐用年限之关系? 【A】大气中: 大气中的耐用年数可根据使用环境下锌的腐蚀速率及锌的附着量,由下列公式算出。腐蚀深度(μ) 铁锌耐用年限= 锌附着量(g/m 2)÷ 腐蚀速率(g/m 2/年)× * 假定锌皮膜在 10% 残留量时开始生锈(JIS H8641 解说) 。使用环境与锌腐蚀速率关系如下表。暴露试验地区腐蚀速率(g/m 2/年) 平均(g/m 2/年) 重工业地区 32 —— 35 34 都市地区 12 —— 18 15 海岸地区 11 —— 14 13 田园地区 8 —— 12 10 山间地区 3 —— 86 干燥地区 2 —— 54 【例如】假设锌附着量 900g/m 2 在都市环境中其耐用年限为 900 ÷ 15× =54 年。桥梁等大型构造物, 钢材厚度约在 9~30mm , 锌附着程度约 900~2000g/m 2, 其耐用年限 54~120 年可说已近钢材寿命。【B】水中: 水中的耐蚀性,受到 PH 值和温度的影响,其有效的范围为 PH 值 6~12 ,温度 50℃以下。水中含盐类多少也有影响,如置于含钙盐的硬水中比在软水中的腐蚀速率约为 30~100g/m 2/ 年。【C】海水中: 海水中的腐蚀速率约为 100~200 g/m 2/ 年,但浸渍一年后,因腐蚀生成物之缘故,腐蚀速度会减半。然而在潮水涨落地区及浪花喷溅地区,其腐蚀速率可达 1000 g/m 2/ 年。又在海水中的耐蚀性比在同浓度的食盐水中要来得好, 此乃因海水中的镁盐有抑制腐蚀作用。【D】土壤中: 土壤中影响锈蚀的主要因素有通气性、含水量、溶存物质的种类及量、导电度和 PH 值等。又由于受于所埋设后的重复掩埋状况影响,土壤中的腐蚀速率快慢并不一致。高纯度锌在美国各种土壤中的腐蚀速率( 1937 年7 月埋设实验结果的