2010
AVC Confidential
Page 10
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
(1) 形成氣泡
(2) 氣泡破裂， 金屬磨破壞
(3) 重新成膜
(4) 形成新氣泡
(5)氣泡破裂， 金屬磨破壞
(6)重新成膜
2010
AVC Confidential
Page 11
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-3 應力腐蝕 (Stress Corrosion Cracking, SCC)
6.3
1.5
Page 25
環境與鋁及鋁合金腐蝕的關係
• 2-2 大氣腐蝕因子
• 由於水、氧在水膜間的擴散率、大氣中的氯離子含量、以及空 氣中的污染物質如SO2、灰塵等，均會影響金屬在大氣中的腐 蝕速率。
2010
AVC Confidential
Page 26
三、鋁及鋁合金防蝕技術
2010
AVC Confidential
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 蝕孔的最大深度(p)與平均腐蝕深度(d)的比值稱為點蝕係數 (p/d)。此值越大，孔蝕越嚴重。
2010
AVC Confidential
Page 17
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-6 伽凡尼腐蝕（GALVANIC Corrosion）
兩種或兩種以上不同電極電位的金屬處於腐蝕介質內相互接觸 而引起的電化學腐蝕﹐又稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。
2010
AVC Confidential
Page 18
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• GALVANIC系列
金屬/合金在海水中的活性大小位階：
所形成的電偶間的電極 電位差：兩金屬之間的 電極電位差愈大、電流 愈大，則腐蝕愈快。
2010 AVC Confidential Page 19
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
2010
AVC Confidential
Page 12
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
(2) 應力腐蝕只有某些金屬介質的組合（見右表）情況 下，才會發生應力腐蝕斷裂 ，純金屬很少產生。若無應 力，金屬在其特定腐蝕介質 中的腐蝕速度是微小的。 (3) 合金的化學成分、金像組 織、熱處理對合金的應力腐 蝕破裂有很大的影響。 (4) 斷裂速度在純腐蝕及純力 學破壞之間，斷口一般為脆 斷型態。
2010 AVC Confidential Page 15
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 金屬材料接觸某些溶液，表面上 產生點狀局部腐蝕，蝕孔隨時間 的延續不斷地加深，甚至穿孔， 稱孔蝕。通常點蝕的蝕孔很小， 直徑比深度小得多。
304 不銹鋼在海水中的孔蝕.
孔蝕的形態
2010 AVC Confidential Page 16
2010
AVC Confidential
Page 23
環境與鋁及鋁合金腐蝕的關係
• 沒有一種金屬能適用於任何環境及任何條件下而不發生腐蝕， 但是腐蝕工程師應能立即就某種特定使用環境，選定可相容之 金屬。 • 鋁合金腐蝕環境：
自然環境 大氣環境 淡水 海水 土壤 鹼 工業環境 酸 無機酸
有機酸
2010
金屬氧化膜 金屬(鋁、不鏽鋼)
2010 AVC Confidential Page 6
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
•
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
1-4 鋁及鋁合金的腐蝕型態
沖蝕腐蝕(Erosion Corrosion) 孔穴沖蝕 應力腐蝕(Stress Corrosion Cracking, SCC) 氫脆 孔穴腐蝕(Pitting Corrosion) 伽凡尼腐蝕（GALVANIC） 脫落腐蝕（Exfoliation Corrosion ） 晶界腐蝕 均勻腐蝕（Uniform Corrosion）
2010
AVC Confidential
Page 3
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1.1 金屬腐蝕的行為產生
什麼是腐蝕？ 腐蝕，是材料和周圍環境發生作用而破壞的現象，發生的主要 因素包括材料、環境與反應的種類。材料的腐蝕會顯著降低金 屬材料的強度、塑性、韌性等性能，破壞金屬構件的幾何形狀 ，增加零件間的磨損，惡化電學和光學等物理性能，縮短設備 的使用壽命。 腐蝕的破壞影響？ 美國腐蝕工程師協會在 2002 年的調查分析報告指出，每年因 腐蝕造成的直接經濟損失大約占其國內生產毛額的 3.17％。 日本腐蝕工程學會根據 1997 年的數據分析，腐蝕造成的直接 損失也占國民生產總毛額的 1.88％。
2010
AVC Confidential
Page 28
鋁及鋁合金防蝕技術 • 3-1 完善的防蝕設計
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
2010
以焊接取代鉚釘可避免孔蝕 避免設計死角或易積水之處 注意儲存槽和容器的排水問題，底部最好傾斜至排水口 需常取換得零件必須設計在意於裝解的地方 避免應力過分集中或造成殘存應力 避免不同性質金屬的直接接觸，以免伽凡尼腐蝕發生 急流管路需避免大轉彎，轉彎處的管壁需加強 配合腐蝕環境選擇材料 避免設計有過分震動，以防止磨損腐蝕 儲存槽和容器暫時不用時，應充以乾燥空氣或惰性氣體 避免局部過熱，否則容易發生一般腐蝕和應力腐蝕
• 1-4-7 脫落腐蝕（Exfoliation Corrosion）
鋁合金經過滾軋之後，順方向的晶粒被拉長，其晶界遇到海 邊的鹽分以及污染空氣中的硫化物時，很容易為其腐蝕。
2010
AVC Confidential
Page 20
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-8 晶界腐蝕 高強度鋁合金需要依賴金屬化合物(metallic compound)來增加強度，但也因為這些金屬化合物的 沈積，造成伽凡尼耦合，進而促使晶界腐蝕。
• 應力腐蝕是指在拉應力作用下，金屬在腐蝕介質中引起的破 壞。這種腐蝕一般均穿過晶粒，即所謂穿晶腐蝕。應力腐蝕 由殘餘或外加應力導致的應變和腐蝕聯合作用產生的材料破 壞過程。應力腐蝕導致材料的斷裂稱為應力腐蝕斷裂。
•
應力腐蝕的特性：
(1) 應力腐蝕斷裂是時間的函數。拉伸應力越大,則斷裂所需時 間越短；斷裂所需應力一般都低於材料的屈服強度。這種應 力包括外加載荷產生的應力、殘餘應力…等。 發生應力腐蝕 前，並沒有明顯的的塑性變形產生。
金屬材料 腐蝕介質
低碳鋼
低合金結構鋼 高強度鋼 奧氏體不鏽鋼 黃銅 高強度鋁合金
Ca(NO3)2,
NH4NO3, NaOH NaOH 雨水,海水,H2S溶液 熱濃的Cl-溶液 NH4+ 氯化物、濕的工業 大氣、海洋大氣
鈦合金(6Al-4V)
液態N2 O4
2010
AVC Confidential
Page 13
Page 27

鋁及鋁合金防蝕技術
• 鋁的化學活性強，但表面易於形成一層連續而緻密的氧化鋁 ，具有保護作用，可以防止鋁繼續腐蝕。 • 鋁合金的分類及抗蝕性如下表：
合金代號 1XXX（純鋁） 2XXX （鋁銅） 3XXX （鋁錳） 4XXX （鋁矽） 5XXX （鋁鎂） 6XXX （鋁鎂矽） 7XXX （鋁鋅） 合金元素 99.9% 銅 錳，錳-鎂 矽 錳，鎂，鉻 鎂，矽 鋅，鎂，錳，銅 抗蝕性 一般 優 可 優 可 優 優 可 孔蝕 優 差 差 佳 佳 佳 可 晶界 優 差 可 佳 佳 優 佳 佳 差 佳 佳 佳 應力
Aluminum Corrosion Introduction
Jason Chiu 2010/10
AVC Confidential
Agenda
• 一、鋁及鋁合金腐蝕原因
• 二、環境與鋁及鋁合金腐蝕的關係
• 三、鋁及鋁合金防蝕技術
2010
AVC Confidential
Page 2
一、鋁及鋁合金腐蝕原因
2010
AVC Confidential
Page 7
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-1 沖蝕腐蝕
當金屬與腐蝕環境有相對運動時，之間會產生機械摩擦或撞擊 ，則金屬受到腐蝕破壞速率會加快之現象。 沖蝕腐蝕可分為：沖蝕、磨蝕、渦蝕 另外，流速對腐蝕有很大的作用，尤其當流體中帶有固體懸浮 物時，破壞力更加明顯。 水冷板(cold plat)與水冷散熱排(radiator)，其內部因為冷卻液 體在裡面流動，因此對於沖蝕腐蝕所造成的破壞需要納入重點 評估；若產品內使用扭旋片(spiral)所產生的渦流，亦是造成 渦蝕的重要因素。
2010
AVC Confidential
Page 8
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
2010
AVC Confidential
Page 9
鋁及鋁合金腐蝕原因分析
• 1-4-2 孔穴沖蝕（或稱 泡蝕）
空泡腐蝕簡稱空蝕或氣蝕，是磨損腐蝕的一種特殊形態。在高 速液體中含有空泡，使磨損腐蝕十分嚴重。 空泡的形成是由於液體的湍流或溫度變化引起局部壓力下降， 空泡內只含少量水汽，存在時間非常短暫,氣泡破裂時產生衝 擊波壓力可高達4000atm，使金屬保護膜破壞，並可引起塑性 形變，甚至撕裂金屬粒子。膜破口處裸金屬受腐蝕，隨即重新 生膜。在同一點上又形成新空泡，又迅即破裂，這個過程反復 進行，結果金屬表面生成緻密而深的孔，外表很粗糙。
鋁及鋁合金腐蝕原因分析 • 1-4-4 氫脆
氫脆，又稱氫損傷，是一種由於金屬材料中氫引起的材料塑性 下降、開裂或損傷的現象。所謂“損傷”，是指材料的力學性能 下降。在氫脆情況下會發生“滯後破壞”，因為這種破壞需要經 歷一定時間才發生。 氫的來源有“內含”的及“外來”的兩種：前者指材料在冶煉及隨 後的機械製造（如焊接、酸洗、電鍍等）過程中所吸收的氫； 而後者是指材料在含有氫的環境中，使用過程中所吸收的氫。 致氫環境既包括含有氫的氣體,如H2、H2S；也包括金屬在水 溶液中腐蝕時陰極過程所放出的氫。