金属为什么会生锈

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：

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

300

200

100

1 2 3 4 5（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。

【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。

耐用年限=锌附着量(g/m2)÷腐蚀速率(g/m2/年)×0.9

* 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。

【例如】

假设锌附着量900g/m²在都市环境中其耐用年限为900÷15×0.9=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/m²，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/m²/年。

【C】海水中：

海水中的腐蚀速率约为100~200 g/m²/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/m²/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。

热浸镀锌的优点有哪些？

以热浸镀锌作为钢铁的防蚀方法最为有效，说明如下：

【A】优异耐蚀性：

致密的保护皮膜及电化学的牺牲防蚀作用，形成一优良的防蚀层以保护钢铁。

【B】最具经济性：

长期的防蚀效果，不须维修，固为最经济的长期防蚀法。

【C】优良密着性：

铁与锌以合金反应，强力密着，耐冲击、摩擦而不易剥离。表面镀金属技术有锌、铝、锡、铅及合金多种方式可用，但以钢铁的防蚀为目的中，以锌使用最多。请参看附表：

热浸镀锌与涂装的经济性比较？

各种防蚀方法中，热浸镀锌是最具经济效益的，尤其和涂装比较时更是如此。一般防蚀的经济性，人们会考虑到二个因素：一是初期费用，一是维修费用。热浸镀锌需较少维修费用，但却给人一种初期费用很高的错觉。例如大型钢材建造的桥粱，其热浸镀锌和涂装成本

桥梁的结构，若以60年期来考虑的话，镀锌的维修费用为零，而油漆则通常五至七年需维修一次，这项费用因环境而异，故可了解其全部费用是高于热浸镀锌。且随着物价、工

资的上升，油漆的维修费用势必日益增高，由此考虑，更可显示出热浸镀锌的优异性。

任何材料均能热浸镀锌吗？

钢铁制品，如轧延钢材、铸件、铸钢等均可施以热浸镀锌处理，但铸件如用平常的酸洗法是无法将烧结砂去除，会发生镀不上的现象，故喷砂处理是绝对必要的。通常，一般构造用轧延钢材、焊接构造用轧延钢材、配管用钢管等，大多使用热浸镀锌处理。

热浸镀锌的皮膜厚度多少？

镀锌皮膜厚度，视被覆方法（温度、时间）及钢材（材质、材厚）不同而有很大的差别。

1μ≒7.1

热浸镀锌的皮膜厚度多少？

作业方法依CNS 8503为准，流程及内容简述如下：

热浸镀锌操作程序，依序分别为：

进料检查→脱脂→水洗→酸洗→水洗→助熔剂→热浸镀锌→冷却→整理成品→成品检

热浸镀锌皮膜的组织为何？

由镀锌制品之断面显微组织可以看出，锌与铁反形成一金属化合物的合金层，并于取出锌浴时，合金层上再附着一纯锌层，此二层即为镀锌皮膜组织。

一般作业条件下，接近底材部分形成δ1合金层，再上为ζ合金层，最外层为与锌液相同之η纯锌层。

通常为镀锌皮膜最内部的致密组织层，复杂

的六方晶系构造，富韧性、延展性，已FeZn7

化合物存在，铁含量7~11﹪。

【ζ 层】

镀锌皮膜中最显著的单斜晶系，柱状组织，

对称性低，相互结合不强固、易脆，经苛酷的变

形加工会生龟裂，以FeZn13化合物存在，铁含

量6﹪。

【η 层】

最上部份之纯锌层，稠密六方晶系，质软富延展性，经变形加工不易龟裂。

此外，最靠近底材部分有时亦会产生a层及γ层，但其非常薄，几乎不亦看到。