腐蝕、氧化和生鏽
金屬加工的成果令人興奮，零件和組件種類繁多，但同時也面臨一些挑戰。製造商面臨的關鍵問題之一是腐蝕、氧化和生鏽之間的差異。究竟哪種情況屬於哪一種？又該如何解決？
腐蝕是指金屬和其他材料在環境中發生化學反應而發生的劣化過程。當鐵及其合金發生這種過程時，就稱為生鏽。氧化是指物質在氧氣的作用下失去電子的過程。
這些金屬劣化會對零件的功能、性能和外觀產生顯著影響。所用材料的種類、加工製程和環境等因素都會促進生鏽、腐蝕和氧化。
本文回顧了這些金屬降解現象，重點介紹了它們的觸發因素、受影響的材料、預防機制以及主要區別。
什麼是氧化？
金屬氧化是指金屬失去電子而與其他元素結合的化學反應。這種反應是許多工業製程的核心。氧化在製造業中促成了許多有益的工藝，但它也會導致一些有害的現象，例如鋼鐵生鏽和其他類型的金屬腐蝕。
因此，有必要了解這種現象，既要了解其保護特性如何滿足一些工業需求，又要了解其在CNC加工零件和其他環境中對金屬造成損害的可能性。
氧化化學反應
金屬的氧化態是指金屬暴露於氧氣中時的狀態。這涉及到金屬失去電子，鎂的例子就證明了這一點。
2 Mg + O2 → 2 [Mg2+][O2-],
可以分為兩部分寫成如下形式：
Mg → Mg2+ + 2 e-
O2 + 4 e- → 2 O2-
在CNC加工環境中，包括鋁、鐵和鋼在內的各種可加工金屬都會發生氧化反應。每種材料的氧化速率都不同，取決於加工條件和電子束設定。
這種現象的化學反應式顯示了為什麼每種金屬都需要特定的保護策略。 普羅林科技氧化傾向是生產CNC加工零件時需要考慮的關鍵因素之一。
氧化作用的例子
金屬在日常接觸中會以多種方式發生氧化。在銀器上，這種化學反應會在金屬零件上形成黑色鏽層。 鋁易受氧化作用影響，形成一層暗灰色的氧化鋁層。在自然界中， 鈍化 在此過程中，會形成保護屏障，防止進一步損壞。
鋁鈍化
你也會發現鋼和鐵的零件上有一層紅棕色的氧化層。 如上所示，鎂的化學反應會形成灰白色的粉狀塗層。 除了外觀不同之外，這些氧化對零件的功能和壽命也有不同的影響。
腐蝕的定義
腐蝕是指金屬因化學物質、微生物、水分、氧化以及與不同金屬接觸而發生的緩慢劣化過程。 腐蝕比上述電子轉移氧化過程更為廣泛，因為它涉及多種環境因素和其他因素。這些因素共同作用，加速了金屬的分解過程。 這種區分很重要，因為雖然氧化作用存在於所有腐蝕過程中，但它並非一定具有破壞性。某些氧化過程是有益的。 鈑金服務.
腐蝕的兩種類型是什麼？
數控加工零件最常見的兩種腐蝕類型是電偶腐蝕和點蝕。然而，還有其他類型的腐蝕，如下所述；
- 裂縫
- 粒間
- 統一攻擊
- 侵蝕腐蝕
- 生物腐蝕
- 應力腐蝕開裂
- 選擇性浸出
腐蝕類型取決於環境和材料成分。每種腐蝕類型對金屬的影響機制都不同。
接下來將詳細介紹其機制。
電偶腐蝕
當兩種金屬暴露於腐蝕性環境中時，就會發生電偶腐蝕。由於形成電極電位，會導致腐蝕。兩種金屬之間的電連接會使活性更高的金屬成為陽極。
電偶腐蝕
這種腐蝕現像在用鋼螺栓固定銅板等情況下尤其明顯。雖然有多種方法可以防止電偶腐蝕，但最有效的方法是避免使用不同的金屬。
點蝕
點蝕是一種會在金屬表面形成孔洞的腐蝕類型，尤其當金屬表面有保護性氧化膜時更是如此。不銹鋼特別容易受到這種腐蝕的影響。這種破壞性腐蝕通常由次要因素引發，例如縫隙腐蝕、刮傷或化學侵蝕。
縫隙腐蝕
縫隙腐蝕
縫隙腐蝕是指搭接接頭縫隙處的局部腐蝕。當該區域暴露於腐蝕性環境時，就會發生縫隙腐蝕。部分遮蔽的金屬部分也容易發生縫隙腐蝕。
晶間腐蝕
晶間腐蝕
金屬晶界處可能存在雜質富集或聚集雜質的情況，這些變化會引發晶間腐蝕。這種腐蝕在焊接不銹鋼中很常見。熱處理也會加劇這種腐蝕。
均勻侵蝕（腐蝕）
在均勻腐蝕中，材料的整個表面都會受到基本均勻的腐蝕。這種腐蝕始於與電解液接觸的陰極和陽極區域，並不斷變化。
侵蝕-腐蝕
當電解液高速流動時，會形成磨蝕性環境，加劇腐蝕，這就是沖蝕腐蝕。如果電解液中含有固體顆粒，腐蝕會更嚴重。這就是為什麼某些金屬具有特定的電解液流速閾值。
生物腐蝕
金屬腐蝕也可能源自於生物因素。這種腐蝕可以是微生物引起的腐蝕（MIC），也可以是宏觀污垢的影響。
應力腐蝕開裂
當滿足下列任一閾值條件時，某些合金會出現應力腐蝕破裂：
- 腐蝕環境
- 金屬成分
- 金屬結構
- 拉應力
- 溫度因素
應力腐蝕開裂在不銹鋼和黃銅合金中很常見。
選擇性浸出（脫合金）
選擇性浸出
選擇性浸出腐蝕發生在冶金性能不同的金屬表面。黃銅（銅鋅合金）就可能會出現這種問題。當暴露於腐蝕性環境中時，鋅會發生腐蝕，留下銅，導致顏色變化。
腐蝕的影響
安全性受損、性能可靠性降低、零件壽命縮短以及可靠性下降都會對企業的獲利造成損害。部件或組件突然失效的風險始終存在。透過正確應用以下措施可以降低此類風險： 鈑金表面處理 以及其他金屬部件的處理方法。
這些影響目前已十分嚴重，但更令人擔憂的是，隨著時間的推移，它們仍會不斷加劇。問題可能最初只是表面缺陷，但幾個月內就會升級為嚴重的結構性損壞，正如我們在橋樑和其他建築物中所看到的那樣。
橋樑腐蝕
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易腐蝕材料
所有金屬和合金都會發生腐蝕，但腐蝕的速度和嚴重程度取決於環境、金屬的反應活性以及金屬的化學成分。 而 耐腐蝕金屬 鉑金和黃金的耐腐蝕性極佳，而鋅和鎂則是最容易腐蝕的金屬之一。這種耐腐蝕性的差異可以透過金屬的電極電位來確定或預測。
電極電位是電化學和腐蝕理論中常用的測量方法。它是衡量材料在電化學反應中得失電子能力的指標。
下面表格列出了一些常用數控加工金屬的電極電位。
|
金屬 |
電極電位 |
|
鎂（Mg） |
- 2.37 |
|
鋁（Al） |
- 1.66 |
|
鋅（Zn） |
- 0.76 |
|
鐵（Fe） |
- 0.44 |
|
鋼（碳鋼，約含鐵） |
- 0.44 |
|
鎳（Ni） |
- 0.25 |
|
鈦 (Ti) |
- 0.17 |
|
銅（Cu） |
+ 0.34 |
|
不銹鋼（鐵鉻鎳合金） |
+0.40（約） |
|
黃銅（銅鋅合金） |
+0.45（約） |
如何防止腐蝕
有效的防蝕 鈑金加工工藝 涉及多種策略的組合，主要包括電化學保護技術、適當的材料選擇、腐蝕抑制劑的使用、表面處理和表面光潔度。
這些策略旨在應對氧化腐蝕的不同階段。最有效的腐蝕抑制方法是綜合考慮環境、材料類型和成本等因素，將其他策略結合起來。
氧化與腐蝕的區別
氧化和腐蝕是不同的化學過程，由於製程類型、保護能力和可逆性不同，它們對數控加工零件的影響也不同。
以下表格列出了主要區別：
|
元件 |
氧化 |
腐蝕 |
|
定義 |
涉及氧氣的化學反應 |
金屬的破壞性降解 |
|
受影響的材料 |
所有金屬 |
特定金屬及其合金 |
|
對材料的影響 |
有害的還是保護性的 |
常常導致材料劣化 |
|
可逆性 |
有時這種情況是可以逆轉的。 |
不可逆轉的損害 |
|
速度 |
可快可慢 |
通常緩慢降解 |
|
例 |
氧化鋁層 |
鋼材生鏽 |
|
保護性能 |
可提供保護屏障 |
需要保護 |
什麼是生鏽？
鏽蝕是鐵或含鐵金屬特有的腐蝕現象，是鐵、水和氧氣反應生成氧化鐵的過程。鏽蝕是一個漸進且不可逆的過程。因此，預防始終是比補救措施更為重要的。
三種類型的銹
銹病可分為三種：黑鏽、紅鏽和黃銹。每種銹病在外觀、危害程度和形成方式上都各不相同。
黑鏽
黑鏽
黑鏽是一層薄薄的氧化亞鐵（Fe3O4），通常在低氧環境中形成。一般來說，金屬表面有一層保護層阻止其快速腐蝕，因此容易形成這種鏽層。
紅鏽
紅鏽是水合氧化物 Fe₂O₃·H₂O，形成於高氧高水的環境。腐蝕過程均勻一致，如下圖所示。
紅鏽
黃銹病
黃銹或氫氧化鐵（FeO(OH)H2O）在潮濕的環境中形成，常見於靜水附近。
黃鏽
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生鏽是化學變化嗎？
是的，生鏽是一種化學變化，涉及鐵或其合金暴露於水分和氧氣。在這個通常緩慢的過程中，鐵原子與氧原子結合生成氧化鐵。因此，鐵原子間的鍵結力會減弱。
首先，鐵與氧氣反應並失去電子。水的存在會加速這個過程。隨後生成氫氧化鐵。 那麼，什麼是氧化鐵呢？氫氧化鐵失去水分（乾燥）後會變成氧化物，例如 Fe₂O₃，表現為紅棕色的鐵鏽。
鐵鏽形成的整體化學反應式為：
4Fe+3O2+6H2O→4Fe(OH)3
然後乾燥脫水，形成如下所示的氧化物：
4Fe(OH)3→2Fe2O3⋅3H2O+3H2O
根據不同條件，鏽蝕是如何產生的？
鏽蝕在特殊條件下形成並加速發展，包括水分、氧氣的存在、溫度、環境和表面條件。
水（水分）的可用性
潮濕環境
水是鏽蝕形成過程中重要的電解質。它參與了鏽蝕所需的氧化還原反應。
氧氣的存在
氧氣是生鏽過程中不可或缺的元素。通風良好的區域由於氧氣充足，生鏽風險最高。
溫度因素
溫度在生鏽過程中起著至關重要的作用。通常，高溫會加速化學反應，包括生鏽反應。
環境
酸性和鹼性環境條件都會促進生鏽，但酸性環境條件促進生鏽的程度更嚴重。
表面狀況
水分容易在髒污的表面上凝結，加速生鏽。碎屑或表面紋理都會促進水分凝結。
易受鏽蝕影響的材料
暴露程度和易鏽蝕性決定了鏽蝕對材料的影響。
總而言之，以下列出了最常受影響的材料：
- 碳鋼（尤其是低碳鋼）
- 鍛鐵
- 鑄鐵
- 純鐵
- 低碳和中碳合金鋼
碳鋼鏽蝕
文說明：鏽蝕的碳鋼管，表面有鏽蝕和藍綠色沉積物
哪些金屬不會生鏽？
不會生鏽的金屬包括：
- 不銹鋼
- 鍍鋅鋼
- 鋁合金
- 銅
- 黃銅
- 青銅
- 鈦
- 鉑金
- 金色
如何防止生鏽
以下這些通用措施有助於防止零件和設備生鏽：
- 定期清洗設備和機械
- 將物品存放在乾燥處
- 定期檢查易生鏽的設備
- 使用耐腐蝕材料，例如 鍍鋅金屬板
- 噴漆或塗裝設備
- 使用乾燥劑
- 潤滑運動部件
- 塗抹防銹劑
生鏽和腐蝕是一回事嗎？
不，理解腐蝕和生鏽的區別是區分這兩個術語的關鍵。生鏽是一種腐蝕，會影響鐵及其合金。換句話說，腐蝕是一個總稱，指的是金屬經由化學或電化學反應而發生的逐漸劣化過程。
生鏽可以稱為氧化嗎？
是的，生鏽可以稱為氧化。具體來說，它是鐵或其合金氧化形成氧化鐵的過程。
比較表：腐蝕、氧化與生鏽
以下是腐蝕、氧化和生鏽各要素的比較表格。
|
元件 |
腐蝕 |
氧化 |
銹 |
|
定義 |
化學反應引起的金屬劣化 |
材料失去電子 |
鐵的腐蝕會形成氧化物。 |
|
影響 |
結構完整性喪失 |
材料成分的變化 |
形成紅棕色碎片 |
|
受影響的材料 |
所有金屬 |
金屬和非金屬 |
鐵和鐵合金 |
|
反應物 |
金屬、氧氣、水分。 |
氧 |
鐵、氧氣、水分。 |
|
預防與控制 |
塗層，陰極保護 |
防止氧氣暴露 |
鍍鋅、噴漆 |
聯絡我們 了解更多有關預防和保護上述問題的策略。
在結論
這三種與金屬相關的現象可能存在一些相似之處，但如本文所述，它們各自有著獨特的成因和影響。用於數控加工及相關項目的金屬和金屬合金的選擇，應基於它們對這些問題的反應。
即使某些金屬容易生鏽、腐蝕和氧化，也有辦法繼續使用它們。我們的專家可以為您詳細講解這些現象的來龍去脈以及應對方法。 如需了解更多詳情，請聯絡 Boda。 得到報價 今天！