麻点腐蚀

  某些金属在大气环境下,表面会形成一薄膜而失去相对的化学活性,而使腐蚀行为变弱,此种现象称为钝化(passivity),如︰不锈钢、铝、铅、钛……等合金均具有此特性。麻点腐蚀专发生于具有钝化膜的金属表面上,其中以不锈钢最容易发生。

  麻点腐蚀是一种局部的腐蚀现象,金属表面呈现多处点状的锈蚀,直径可由0.002到0.2公分,腐蚀方向为垂直向下侵蚀,发生原因是由于环境或金属表面的性质不均匀(如︰表面缺陷、成份不均……等),导致环境中的氯离子被吸附在金属表面某些点上,使钝化膜破坏生成微小的孔洞,孔洞底部因空气不流通缺氧而形成阳极,孔洞外围则因氧气充足形成阴极,在阴阳两极的电化学反应下,金属表面就发生麻点腐蚀。

不锈钢表面的麻点腐蚀

  麻点腐蚀的危险在于其外表特征微小而难以察觉及预防,以致结构已有严重的麻点腐蚀仍不自知,造成结构突然的意外破坏。

  金属表面的小刮痕或刻痕,很容易导致麻点腐蚀的发生,因此要防止此种腐蚀,金属表面镜面(mirror polish)处理是个相当有效的方式。

异电位腐蚀

  异电位腐蚀的现象可说是电镀的逆过程,电镀时两根金属棒分别接于直流电源的阳极和阴极,并置于电解液中形成电导通状态,阳极的金属棒在电解液中会溶解成金属正离子和电子,金属正离子会被阴极金属棒所吸引,和其电子结合成金属附着沈积于表面上;电子则在直流电源的驱动下去补充阴极金属棒所失去的电子。在这个过程中,阳极的金属棒因持续溶解而逐渐被“腐蚀"。

  同样的道理,当两种或两种以上不同的金属材料搭接成电导通状态时,因为彼此间的电位(potential)不同,材料间就会有电流通过,加上潮湿的环境有类似电解液的功用,致其中某一材料会产生坑洞状的腐蚀,并有硫化物、氯化物(chloride)、氧化物……的沈积。被腐蚀的材料称为阳性(anodic)或活性(active)材料,未被腐蚀的材料则称为阴性(cathodic)或惰性(passive)材料。

镁金属表面与不锈钢件接触面产生的电位腐蚀

  一般而言,会影响异电位腐蚀速率的因素有:

  组成成分:不锈钢表面的铬(chromium)若和铁混合成合金状态,则此不锈钢成为活性材料;若成氧化铬的型态,则成为惰性材料。后者也是不锈钢和铝合金搭接时,为防止异电位腐蚀而实施表面钝化处理(passivating treatment)的原理。

  相对面积:异电位腐蚀的速率和惰性/活性材料的面积比成正比,若大面积的活性材料和小面积的惰性材料相搭接,则大面积下电流密度会被稀释,活性材料可能就不会被腐蚀。反过来说,小面积的活性材料和大面积的惰性材料相搭接,则由于电流密度的增加,活性材料很快就会被腐蚀殆尽。

  极性改变:在某些情况下,相搭接的金属极性会改变,使腐蚀的发生位置和预期相反。例如铁和锌搭接时,在含有硝酸盐(nitrate)或重碳酸盐(bicarbonate)的溶液中,当温度超过140℉时,电极性会改变。其原因目前仍不清楚,不过一般相信和腐蚀物的导电度有关。最常见的例子是铝梯中的钢制螺栓,虽然铝合金的电位较高,但实际情况是钢制螺栓腐蚀很快,而铝梯则没有什么影响。

  要防止异电位腐蚀,相互搭接的各结构零组件得挑选电位相近的材料,注意配对的材料是否有异电位腐蚀的顾虑。各种材料彼此间的影响程度是根据相互间的相对电位差而定,差距越大,异电位腐蚀越激烈。

  附表是几种常见金属的相对活性比较,位置越往上的材料其电位越高,活性也越大,容易被腐蚀;位置越往下的材料其电位越低,惰性也越大,有免于被腐蚀的保护作用。

  如果非得使用不同类型的材料,可以用不导电的分隔物把两材料分开,让彼此完全绝缘,一般也可以用铬酸盐(chromate)或环氧树脂(epoxyresin)涂装做阻隔,但前提是这些涂层不会受到机械性的破坏。若实在无法解决,就得先防患未然,将活性零件做得大一些,或是做成容易更换的零件。

  在以往飞机工业未使用先进复合材料(Advanced Composite Material)前,所使用的材料主要是铝和经过钝化处理的不锈钢,异电位腐蚀较不常见,但随着对性能及隐身性的要求,新一代战机已广泛采用此种强度高、重量轻、雷达不易探测的新材料。先进复合材料中的石墨(graphite)纤维和铝的电位差很大,两者交界面有异电位腐蚀的顾虑,地面维护人员在平日维修时要特别注意。

常见金属的相对活性比较

鳞落腐蚀

  顾名思义,鳞落腐蚀的外观会有如鱼鳞片般的迭层剥落,这种腐蚀具有明显的方向性,通常会平行于滚制(rolled)或射出成形(extruded)的面,侵蚀被拉长的材料晶粒,造成表面结构的脱层(delamination)或形成多层面(stratification)。

  环境因素是造成鳞落腐蚀的主因,例如环境中有氯化物和溴化物(bromide)离子的存在、高温、酸性的环境、间歇性的干和湿……等,后者尤其会产生不可溶解的腐蚀物,加快腐蚀速率。

  在材料表面涂装底漆及化学保护膜可改善鳞落腐蚀抵抗力,不过这只能延缓鳞落腐蚀发生的时间,无法完全防止,且一旦此保护层被腐蚀,则底下的材料将处于无保护状态,短时间内会被腐蚀而破碎。

  鳞落腐蚀的一般处理原则是磨除腐蚀区域,再加以适当的表面防蚀处理。

T-37教练机角条鳞落腐蚀

应力腐蚀

  应力腐蚀是材料在化学侵蚀环境下与机械性拉伸应力同时作用下的结果。一般的腐蚀是以材料被剥蚀的型态出现,而应力腐蚀则以裂纹的型态出现,且表面几乎没有任何腐蚀物堆积的现象,因此很容易被忽略,形成潜伏的危险因素。造成应力腐蚀的四个基本条件是:敏感性合金(susceptible alloy)、侵蚀环境、施加或残余拉伸应力、以及时间。

  应力腐蚀广见于多种材料及环境中,根据统计,应力腐蚀损坏最常出现于低合金钢(low alloy steel)、锆(zirconium)、黄铜(brass)、镁(magnesium)及铝合金。这些材料应力腐蚀损坏的外表及行为都不相同,不过一般而言都具有一些共同的特性: