2020/07/08 • 没有评论

化学腐蚀是金属发生腐蚀的主要原因之一，谈金属腐蚀(2)

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探讨金属材料会发生腐蚀的基本原因，主要可以区分为「化学腐蚀」与「电化学腐蚀」两大类，有人则将腐蚀区分为「全面腐蚀」与「局部腐蚀」。本系列文章将以「化学腐蚀」与「电化学腐蚀」来做区分，文将先针对「化学腐蚀」做说明，后续的篇幅会再说明「电化学腐蚀」。

「化学腐蚀」基本上是材料与外部的介质直接起到化学作用，进而引起表面破坏的一种腐蚀，而其与「电化学腐蚀」之间最大的差异是有无【电流】的产生，「化学腐蚀」不会产生电流，而「电化学腐蚀」则是透过电流所产生腐蚀，这两种腐蚀也可能共存，一旦共存就会让分析腐蚀原因时更显复杂。

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化学腐蚀

【化学腐蚀(chemical corrosion)】又称「直接溶解(dissolution)」，通常是指将材料置于一种可以溶解材料的溶液环境中，直到材料全部耗尽(腐蚀完毕)或是溶液达到饱和浓度为止。其他诸如环境的高温、高湿等情况也会助长材料的氧化作用进而腐蚀的也属之。

在自然界中，物质会溶解于特定的溶液中是种已知的现象，比如说糖跟盐会溶解于水中，许多的金属或非金属会溶解于盐酸中。有时候我们也会将这种溶解腐蚀的特性利用于制造方法上，譬如，利用氯化铁蚀刻液来腐蚀铜制的艺术品或电路板的线路。但在工程材料的使用上，绝大多数的考虑仍是在防治腐蚀方面。

在一般金属中，溶液最容易侵蚀的位置是晶粒与晶粒的接合处，也就是晶界，然后持续成长，化学腐蚀有时也会随着环境或是化合物的形成而改变，也可能伴随着电化学腐蚀而来，当然如果是这样的情形，整个腐蚀现象将会变得更为复杂。

金属的氧化其实也是化学腐蚀的一种

就如同前面的篇幅说过的（传送门），除了惰性金属（如金、铂、银、汞等贵金属）外，其余的大部分金属一旦被冶炼成为元素后就开始有透过氧化回归自然的趋势，有些氧化反应后会生成气体直接挥发掉、液体滴落、固体掉落，只有少数的金属于特定的条件下可以在其金属表面形成氧化保护膜起到减缓氧化的作用，如铁、镍、铬、钛，这个在后续的「金属钝化」章节会再详细讨论，只是一旦这层氧化膜无法完全包覆金属以隔离外部的介质（比如氧气与水分），或是根本就无法生成保护膜，金属就会持续地吸附外部介质并从金属中分解出来生成氧化物。

选择性滤除的化学腐蚀

有些金属合金材料在某些特殊环境下，其中的一种或多种元素会容易被选择性的滤除(leach)或称腐蚀，变成多孔性的残留物，因此降低材料的机械特性，这种现象被称之为「滤除」。这样的现象与金属的本质有关，如黄铜中所含的「锌」在高温下会被盐类的水溶液所溶解而产生「脱锌(dezincification)」的局部腐蚀现象，而缺少了「锌」元素的位置，将使得黄铜变成多孔海绵状结构而降低机械强度变得脆弱。

石墨腐蚀(graphitic corrosion)

石墨腐蚀是另一种类似选择性腐蚀的例子，但是石墨腐蚀应该归类为电化学腐蚀的一种。灰铸铁是片状的石墨交错于铁基地的晶格组织中，如果将之置于水中或是土壤里，铁将呈现出阳性极，而石墨则会呈现出阴性极，因此铁会被逐渐地腐蚀，最终形成多孔性的外观，因此灰铸铁制成的管线，必须有积极的防腐蚀措施，如果埋设不当，就容易发生洩漏甚至爆炸的事件。

化学腐蚀的防治方法

化学腐蚀的防治极为困难，将材料覆层(coating)是一种不错的解决方法，可以避免材料与溶液(尤其是易起作用的酸硷溶液)接触。如果一定要在溶液的环境中使用，必须考虑选择能抵抗化学腐蚀的材料，例如为了抑制黄铜脱锌现象，我们可以在含锌量15%以上的黄铜中添加1%左右的锡(Sn)，以抵抗这种腐蚀并增加其强度。这类含锡的黄铜包含海军黄铜(naval brass)、海将黄铜(admiralty metal)等都属之。

註1: 海军黄铜(Naval brass): Cu(59)Zn(40)Sn(1)

註2: 海将黄铜(Admiralty brass): Cu(69)Zn(30)Sn(1)

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