異金屬接合的腐蝕問題, 談「電位差腐蝕」


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(照片來源/Pixabay)

金屬,因為產量豐富且易加工的特性,使其不論在建築、橋梁、造船等皆有所使用,是目前應用最為廣泛的材料之一。然而,也因其特性,只要暴露在空氣中就會有氧化反應,部分氧化反應會導致金屬損壞,而最易被忽略的便是「異金屬腐蝕」的狀況(如上圖),若是不建立正確觀念,便容易引發不可預期的災難。


「電位差腐蝕」是什麼?

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金屬之氧化,其實是一種自然現象,任何物質皆會有此現象,若是發生在鐵元素就會有生鏽的情況;若是表現在銅元素則會在外層產生綠鏽……,每種金屬反應皆不同。有些金屬本質不會被影響,有些金屬卻會被腐蝕,導致無法挽回的毀壞。


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導致金屬腐蝕的原因主要有三種:化學腐蝕、電化學腐蝕及生物腐蝕。其中又以「電化學腐蝕」最為常見,即我們一般熟知的氧化反應,也就是金屬本身與空氣中的水和氧反應,最後失去電子、留下氧化物的過程。


為什麼金屬會失去電子?正是因其「標準還原電位差」低於氧氣,所以電子會被電位高的氧氣搶走,導致結構受到破壞、影響原有特性。而這種因電位差而造成腐蝕的現象,我們就稱之為「電位差腐蝕」。


兩種異金屬造成的腐蝕現象

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(照片來源/ https://cougartron.com)

但鮮少人知道的是,當兩種不同金屬放在一起時,其實也會加速腐蝕。例如窗框與鎖扣若採用不同金屬,便容易導致接觸面腐蝕的狀況。


異金屬接合之所以會加速腐蝕,正是因為不同的金屬,如:鐵、鋁、鋼、銅等,具有不同的「電位」,也就如同鐵的電位低於氧氣,所以會引發生鏽一樣。


兩種金屬之間也存在電位差,所以會導致電位低的金屬加速腐蝕,反之,電位高的金屬則會受到保護,例如:銅的標準還原電位差0.34 volts,鐵則是- 0.44 volts,當兩者相接時,鐵會加速腐蝕。


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(照片來源/Pixabay)

雖然局部腐蝕的問題並不會造成金屬材料的大量損耗,但會因為不易察覺,而造成突發性的破壞,甚至產生不可預期的災難,例如管線若採用不同金屬材質,就可能出現局部穿孔,導致氣體外泄、液體外流的情況,嚴重可能引發火災或爆炸等情況。


因此,金屬電位差腐蝕的問題不能只單看表面,而是必須建立正確的觀念,並且徹底預防,在有異金屬接合的地方都必須加以隔離,尤其是建築外吊掛或固定件,否則因腐蝕而造成的損耗將不僅限於材料與金錢,而是會發生無法彌補的傷害。


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