金屬材料腐蝕

1-3影響金屬腐蝕的因素

如前所述，腐蝕發生的過程主要依化學反應和電化學反應兩種方式來進行。例如：鐵的腐蝕就化學反應的觀點而言，其在大氣中的氧化過程為：

室溫時    Fe＋1/2 O2 ＋H2 Oà 2Fe（OH）2 氫氧化亞鐵

2Fe（OH）2＋1/2 O2 ＋H2 Oà 2Fe（OH）3

氫氧化鐵（鐵銹）

而以電化學反應式表示則為：

Fe＋1/2 O2 ＋H2 O àFe+2＋2 OH- à 2Fe（OH）3

氫氧化鐵（鐵銹）

但這只是反應過程描述的不同，實際上，隨環境的改變，各種影響腐蝕因素愈形復雜，它們會使得腐蝕的程度或是型態都跟著改變，并且增加腐蝕的嚴重性。例如：大氣中原有水份和塵埃，足以影響腐蝕的程度，然而隨著工業化程度的增加之外，還加入了各種氣體和化合物，像是二氧化硫SiO2、硫化氫H2S等，加上本省海島地形含有充足的鹽份，經由電化學反應，這些物質更助長了材料的腐蝕。再如：鐵置于高溫環境中，其腐蝕型態不同于常溫下的反應，而是直接與氧結合， 形成Fe2O3 (氧化鐵)、FeO（氧化亞鐵）、Fe3O4（四氧化三鐵）等氧化物。除了大氣之外，土壤、溶液、酸鹼度、散亂電流等，也都是影響腐蝕的環境因素。在其它因素方面，如：制品的材料成份、熱處理效應、加工效應也在在影響腐蝕的結果。

1-3-1大氣

在沒有濕度存在的大氣中，由于沒有電解液，腐蝕無法進行反應，因此一般材料的腐蝕速率小到足以忽略，但當大氣中的塵埃或不純物存在時，由于他們會使濕氣凝結在金屬表面，因此即使些微的濕氣，腐蝕性就會有很大的差異。

大氣因腐蝕性的不同主要分為海岸地帶、工業地帶、熱帶、寒帶、都市或鄉村等類型。海岸地帶大氣中所含的鹽份與濕氣結合，可以形成伽凡尼電池或是氧氣濃差電池；工業地帶的大氣含有碳、碳化合物、硫化物和金屬氧化物，其中最主要的腐蝕性成份是二氧化硫，它的主要來源是煤、重油、汽油的燃燒所產生，而含硫化物的酸雨更足以加速腐蝕的進行，對鐵而言，由于二氧化硫經反應可以產生H2SO4，H2SO4與鐵作用，經由上列反應式之催化，就會使鐵產生更大的腐蝕。

溫度是促使大氣腐蝕的另一個重要因素，高溫會加速氧化腐蝕的現象，這類損害稱為高溫加速氧化腐蝕或加速氧化，在一定的氧氣濃度下(例如：密閉容器中)，溫度每增加30℃，腐蝕速率會增加一倍。

1-3-2土壤

許多結構材料必須長年與土壤接觸，例如：地下水管、油管、煤氣管路等，因此土壤的成份對金屬腐蝕的影響很大。一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，產生嚴重的腐蝕或破壞。(土壤對于腐蝕之影響主要是由于其多孔性、鹽類(去極劑或抑制劑)、水份、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的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，造成極大的腐蝕速率。

有機無機涂層、金屬涂層、土壤改良或陰極防蝕都是有效的方法。

1-3-3 散亂電流

散亂電流是指非經正常電路而來的電流，當這類電流進入金屬裝置而后又離開時，其流經的面積就會產生腐蝕。相較于大地中的自然電流，它們顯得不穩定而且影響較大，因此于散亂電流會影響結構的場合，就必須特別防范。

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

防范散亂電流的方法有：以低電阻金屬導體結合受保護體 (例如：地下水管)和散亂電流源(例如：電車軌道)，以避免電位產生大變化；陽極或陰極防蝕、裝設絕緣耦合器(coupling)等。

1-3-4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：水溶液中氧的濃度、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。

1-3-5 材料成份

一般材料成份如果稍有不同，在水中和土壤中之腐蝕效率并沒有顯著的影響，但是如果在海水或酸性等其他的環境中，腐蝕速率就會受到影響。

例如鋼鐵材料中含有磷及硫，在酸中就會顯著增加腐蝕速率。錳則會使含硫的鋼減低酸中的腐蝕性，鎳在鹼性溶液中也有類似的效果。

1-3-6 熱處理效應

材料經過熱處理之后，容易產生局部的電池效應，有些地方形成陽極而有些地方形成陰極，這樣形成的伽凡尼電池也會影響腐蝕速率。例如：碳鋼在高溫時急冷會形成麻田散鐵，如果再經回火形成第二相組織e碳化鐵，兩相之間就會形成伽凡尼電池而加速腐蝕反應。

但在實際上相對于其他因素，熱處理對腐蝕的影響并非很大，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率減低至最輕程度。

1-3-7加工效應

材料在經過敲擊或冷作之后都會產生殘留應力，這樣的結果實際上是產生了晶格缺陷或是碳化物、氮化物等的偏析現象，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，加工所產生的應力腐蝕破壞有時也沿晶粒間隙進行，因而產生多種因素混和的腐蝕現象。應力腐蝕可以用后加工(例如：珠擊法)、材料改良(添加合金元素)或陰極保護法來抑制。