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：

防蚀法			分类
分类		方法	A	B	C	D
添加合金元素		不锈钢		0
添加合金元素		耐候钢		0
表面被覆	金属	热浸镀	0	0	0*
		电镀	0	0	0*
		熔射	0	0	0*
		涂装（亦适非金属）	0
	非金属	内衬	0
		琅	0
		化成处理		0
电气化学的方法		电气防蚀法
		阴极防蚀法			0
		阳极防蚀法		0
环境抑制		腐蚀抑制添加剂				0

* 镀锌时有效

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，锌的耐蚀性约为钢铁的10至25 倍。例如在严苛的海岸地区，锌与铁的腐蚀速率比较如图二。

	锌	铁
材料
氧化物生成	生成致密的氧化物	生成疏松的氧化物
氧化物生成后	致密的氧化物保护底材	氧化物保护能力差

腐蚀深度(μ)

铁

300

200

锌

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。

	镀锌	涂装
原材料
破裂产生
腐蚀状态	抑制腐蚀（牺牲阳极）	加速腐蚀

热浸镀锌所使用环境与耐用年限之关系？

【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。

暴露试验地区	腐蚀速率(g/m2/年)	平均(g/m2/年)
重工业地区	32——35	34
都市地区	12——18	15
海岸地区	11——14	13
田园地区	8——12	10
山间地区	3——8	6
干燥地区	2——5	4

【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9~30mmigf-1，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。

高纯度锌在美国各种土壤中的腐蚀速率（1937年7月埋设实验结果的腐蚀速率）

土壤的种类		g/m2/年
无机物氧化性酸化性土壤	粘性黄土	52
	黄土	29
	粘土	39
无机物氧化性碱化性土壤	沉泥黄土	43
无机物氧化性碱化性土壤	沙质黄土	130
无机物还原性酸化性土壤	粘土	46
无机物还原性碱化性土壤	粘土	46
无机物还原性碱化性土壤	粘土	210
有机物还原性酸化性土壤	堆肥	110
	沼池	96
	堆肥	180

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：

金属	锌	铝	锡	铅
元素符号	Zn	Al	Sn	Pb
密度(g/cm3)	7.14	2.70	5.80	11.3
熔点（℃）	420	66	232	328
防蚀机构	1致密的保护膜 2牺牲防蚀	1致密的保护膜 2牺牲防蚀	在空气中，无牺牲防蚀性，而在酸液中有	无牺牲防蚀作用，而是利用铅的耐酸性
经济性	最适合	1熔点高，易变形 2能源耗费高，氧化物多	价格高
用途	钢铁防锈中，镀锌的钢板、管结构物等使用较多。	具有耐热性、耐硫性，可应用在锅炉管线等特殊用途。	与食品接触无害，而且焊接性良好，可使用在罐头。	耐酸性、焊接性良好，使用在汽油桶、药品桶。

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比较如图六。

英国工艺美术运动

工程量：约100000m2（约6000吨）			热浸镀锌	涂漆**
	初期费用	单价	约5000元/吨	约250元/m2**
		工程费	3000万元	2500万元
	覆盖膜厚		100μm以上	255μm
1	免维护使用年限		60年	7年
2	假设使用年限		60年	60年
3	全部维护次数		0次	8次
4	每次维护费用		0元	5000万元
5	总计维护费用		0元	4亿元
6	总防蚀费用		3000万元	4亿2500万元
7	费用差异数		较A节省3亿9500万元	A
附注	1、涂装用于钢构，在台湾施工品质较难控制，施工中不确定因素较多； 2、油漆维修费用为500元/m2（含增加之搭架、施工材料、工资、交通管制维持等费用） 3、随社会变迁缺工问题日益严重，油漆涂装之发包可能越困难且价格昂贵； 4、本案经免维护使用年限后，考量以油漆做维护； 5、** 喷沙+无机锌粉底漆+两道中涂漆+两道氯化橡胶面漆

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。

镀锌层厚度与被覆方法及钢材的关系

方法	钢材	厚度（μm）	g/m2
热浸镀锌	构造物	75——125	532.5——888
	螺栓、螺帽	45——70	319.5——479
	铁配件	35——75	248.5——533
	管	75——100	532.5——710
	线	12——35	85.2——249
	镀锌钢板	8——20	56.8——142
电镀锌	一般制品	5——25	35.5——178
电镀锌	钢板	2——8	14.2——57
锌熔射	一般	75——125	532.5——888
锌粉涂料	一般	10——35	71——249

1μ≒7.1 g/m2

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→成品检查→出货

gb2626-2006

进料检查	检查工件表面是否有不当的油漆并予去除：chinese fe?m?do?m 由于部份油漆、沥青、油脂等无法藉由脱脂作业将其去除，造成钢梁制作时应妥善管理外，镀锌工厂脱脂工件表面无法镀上锌，而造成镀后局部缺陷。故钢构厂于前应详细检查是否有不当的油漆、沥青、油脂等应通知钢构厂前来予以去除。检查是否有附着焊接的焊渣并予以去除：为了避免镀锌局部缺陷，镀锌厂于脱脂前应检查是否有残留附着焊接的焊渣并通知钢构厂前来予以去除。检查是否有焊接裂缝并通知钢构厂补救：由于镀锌后不能再补焊，镀锌厂于脱脂前都会再详查是否有焊接裂缝，并通知钢构厂进行补修。检查是否有变形并通知钢构厂整形：由于镀锌后不能加热整形，脱脂前必须详细检查是否有变形，并要求钢构厂进行整形。确认吊耳已装置。通气孔是否有留及大小位置是否正确。
脱脂作业	其目的在于去除工件表面之油脂及防锈油为使用各种碱性脱脂剂，其主要成份为氢氧化钠溶液，一般加热至60℃~100℃下进行脱脂，比重1.04~1.09，浸置时间随工件表面所附着之油脂多寡而定（一般浸渍时间约10min~30min）。脱脂完成之工件表面可用手擦拭检查是否残留油脂（黑）及藉由水洗时之湿润状态确认脱脂是否完全。
水洗作业	一般为冲洗式水洗，其目的在于洗净工件表面所残留的脱脂剂，以利下流程。
酸洗作业	使用盐酸（HC1）酸洗，其温度为常温，盐酸浓度为10~16﹪。酸洗时间视工件锈蚀程度而定（酸洗10min后检查是否干净若无则再酸洗10min直到干净）。酸洗完成之工件表面呈灰或灰白。一般于酸洗槽内添加适量酸洗仰制剂，以避免工件酸洗过度，造成氢脆化现象。
水洗作业	一般为冲洗式水洗，其目的在于洗净工件表面所残留的盐酸酸液，以利下流程。
助熔剂作业	其目的在于所生成之皮膜可暂时防锈，及促进钢铁表面与锌液之反应，以形成良好的镀层。其成份为氯化锌铵混合液，并加热之60℃~80℃，PH值4.5~5.5，其浸置时间视工件厚度而定。
热浸镀锌作业	主要成份：（Zn）98.5﹪以上，并适当添加微量铝（A1）合金，以增加锌液流动性及表面光泽度，操作温度为440℃±5℃，浸置时间越长。工件浸入速度应连续且以快速进入为原则。
冷却	其成份为自来水，一般温度约50℃以上，其目的在于终止合金层反应，并生成一皮膜，以利后续整理作业。
整理作业	以挫刀或砂轮片研磨以去除：1. 工件表面残余的锌垂、粗糙面及残渣。2. 螺栓孔内积存的锌液，以利安装。应注意研磨过程中勿损及镀锌层。
成品检查	依CNS10007规范附着量：605g/m²（85um）以上。
成品检查	外观检查
		检查项目	试验频度	判定基准
	A影响耐蚀性之缺点	未镀锌裂伤	全部钢材	判定基准 A
	安禄山事迹B在使用上有害之缺陷	接面、接合面锌垂滴、叠层起泡、凹凸粗糙、锌渣	全部钢材	判定基准 B

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。

【δ1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。

由上述可知：热浸镀锌时产生的合金层与底材形成强固结合，其密着性比涂装要高出很多。而且涂装制品经过一段时间后，涂层会劣化，水份从涂层渗入，使底材生锈造成涂层剥离，致使必要再做维修涂补。但镀锌皮膜因其强固的密着性，使水份浸入困难，故内部底材不会生锈。

镀锌后之钢材性质是否会有变化？

热浸镀锌加工之流程依脱脂、酸洗、药液处理、热浸镀锌、冷却等顺序进行。其中脱脂、药液处理及冷却过程对钢铁性质毫无影响，不会发生问题，酸洗过程对一般钢种亦无影响，但对80kg/mm2以上之高强度钢或调质型钢种，于酸洗时发生之氢气感受性较强，故

必须十分小心。虽然如此，但各种试验结果，却对此现象无十分明确的认定。

镀锌过程对一般钢种之性质无影响，但对60kg/mm2 以上之高强度钢的机械性质，降伏点、抗拉强度、伸长率、冲击强度及疲劳强度，则多少会有变化，然均在其规格内，故影响不大。所以，高强度钢和调质型钢材之热浸镀锌处理，事先应知会镀锌厂商。

热浸镀锌有哪些用途？新型磁选机

热浸镀锌被广泛地使用于公路、铁路、电力、造船、土木、建筑、农产、水产等工程。

公路用：护栏板、照明灯、标识、桥梁。

铁路用：车站、维修厂、架线杆、隔音墙。

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