金属的氧化与防止Word下载.docx

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七、工作分配…………………...........………..…9

八、參考資料…………………...........…………10

1、哪些金屬會氧化

如果是說金屬生鏽定義為金屬氧化的話，常見的氧化金屬有鋁、鐵、錫、鉛、銅、銀、金等等…….換句話說，在我們化學週期表上的強鹼金屬、含鹼金屬、過度金屬、基礎金屬、半鐵金屬以及鑭系與錒系稀士金屬，這些都是會氧化的金屬。

如下圖1-1可看出哪些金屬會氧化。

圖1-1

在我們生活環境當中，最容易氧化的物質依序為鋰銣鉀銫鋇鍶鈣鎂鋁錳鋅鉻鐵鈷鎳錫鉛銅汞銀鉑金。

這是常見金屬氧會由快到慢之順序。

2、金屬氧化的化學反應

生活當中時常都會碰到金屬氧化（生鏽），但都不知道為什麼會生鏽，是因為水還是氧甚至其他元素，我們就舉例鋰、銣、鉀、鋇、鈣、鎂、鋁、鋅、鐵、錫、鉛、銅、汞、銀、鉑、金這些常見氧化金屬，來探討他們的氧化反應。

氧化鋰:

氧化鋰是藉由鋰在空氣中燃燒所產生。

由於鋰的極化能力比較強，所以燃燒中主要產物的是氧化鋰，化學反應式4Li+O2LiO。

氧化銣:

銣在空氣中燃燒時，主要生成的是過氧化銣，只有少量的氧化銣和超氧化銣生成。

化學反應試3Rb+RbO2→2Rb2O。

氧化鋇:

鋇是正常氧化物，室溫下為白色潮解性固體。

鋇可在氧氣中燃燒，形成氧化鋇，化學反應式2Ba+O2→2BaO。

氧化鈣:

俗稱生石灰或石灰，是常見的無機化合物。

氧化鈣通常在石灰石或貝殼獲取，化學反應式2Ca+O2→2CaO。

氧化鎂:

常溫下為一種白色固體。

氧化鎂以方鎂石形式存在於自然界中，是冶鎂的原料。

化學反應式2Mg+O2→2MgO。

氧化鋁:

鋁金屬為固體，是鋁和氧的化合物，化學反應式4Al+3O2→2Al2O3

氧化鋅:

由於難溶於水，但可溶於酸和強鹼。

它是白色固體，故又稱鋅白。

它能通過燃燒鋅取得。

化學反應式2Zn+O2→2ZnO。

氧化鐵:

是鐵鏽的主要成分。

鐵鏽的主要成因是鐵金屬在雜質碳的存在下，與環境中的水份和氧氣反應，鐵金屬便會生銹。

化學反應式4Fe+3O2→2Fe2O3。

氧化錫:

白色、淡灰色或淡黃色六方、斜方或四方晶系粉末，在空氣中加熱時穩定。

在自然界中以錫石存在。

化學反應式Sn+O2→SnO2。

氧化鉛:

常溫時為棕色結晶或粉末。

具有很強的氧化性，化學反應式Pd+O2→PdO2。

氧化銅:

是一種銅的黑色氧化物，稍有吸濕性。

化學反應式2Cu+O2→2CuO。

氧化汞:

俗稱三仙丹，有紅色和黃色兩種變體。

氧化汞用於製取其他汞化合物，也用作催化劑、顏料、抗菌劑及汞電池中的電極材料。

化學反應式2Hg+O2→2HgO。

氧化銀:

是對光敏感的棕黑色粉末，不溶於水，300°

C時會完全分解。

化學反應式Ag2O。

氧化金:

是金最穩定的氧化物。

三氧化二金是呈紅棕色至棕褐色的固體，不溶於水，溶於濃無機酸、冰醋酸和氰化物溶液中。

化學反應式4Au+3O2→2Au2O3。

三、如何防止金屬氧化與防止氧化的原理

在現今生活當中，總是有許多東西離不開金屬，也隨著科技的進步，加上環保需求，於是防止金屬氧化可分為表面處理、陰極處理、陽極處理等方式，雖然有這麼多總處理方式，但氧化過程中又可分為腐蝕、鈍化等，也因各種金屬都有不同的處理方式，用途也不一樣，那就先從為何金屬氧化。

腐蝕

許多金屬都因長期暴露在潮濕的空氣中遭到腐蝕，但是腐蝕過程會受到材料所接觸的物質慘生不一樣的影響。

腐蝕可能在局部地方或集中出現，從而導致材料上出現孔洞甚至裂縫，也有可能在一個較大面積的表面上幾乎平均的分布。

由於腐蝕是一種擴散控制的過程，通常只有在材料表面產生腐蝕。

因此，可以透過一些對於暴露在外的表面進行加工處理，如鈍化和鉻酸鹽轉換等處理辦法來增加材料的耐腐蝕性。

然而，仍然有一些腐蝕的機制無法觀察到，也難以預料。

鈍化

鈍化處理即是將工件表面的污染物清除再提供一氧化環境，以化學的方式增進不銹鋼表面生成緻密、均勻的氧化層。

不銹鋼暴露於空氣或水分中，會自發性的形成具保護性的鈍化膜。

但外在的表面污染，包括灰塵、油脂、或是加工時接觸到的游離鐵等等，可能會干擾鈍化膜的形成。

防止氧化方法

（1）表面處理

1.1塗層保護

結構材料上做表面施加抗腐蝕抗酸材料塗層，可以阻隔材料與危險環境的接觸，為結構材料提供了抗腐蝕抗酸的能力，通常只能對較小的元件進行電鍍。

使用滾筒和板刷塗抹塗料非常適用於空間狹小的地方，而如果需要塗層的面積比較大，柔性聚氨酯塗料的塗層薄膜非常持久防滑，可以提供性能良好的抗腐蝕性能。

1.2防腐塗層

材料所處的環境可被控制，通常使用腐蝕抑製劑來防止腐蝕。

它會在金屬表面形成電力絕緣層，而且可以防止材料與外界環境發生化學反應，從而抑制了導致腐蝕的電化學反應。

一旦金屬因劃痕、塗層質量因素等等暴露出來，都可以重新添加抑製劑塗層。

1.3陽極氧化

陽極氧化是一個電化學過程，轉換成在金屬表面裝飾，耐用，耐腐蝕，陽極氧化完成。

非常適合鋁陽極氧化，但其他有色金屬，如鎂，鈦，也可進行陽極氧化。

鋁合金通常需要進行表面處理。

電鍍時可使得金屬表面的氧化膜均勻的出現幾奈米寬的小孔。

在處理結束後，這些孔需要密封，以產生比通常條件下更硬的表層。

通過這些孔生成的氧化模能夠比通常的鈍化反應條件所生成的氧化膜更厚。

表層出現劃痕，暴露出來的鋁合金會發生普通的鈍化反應而使得損傷區域得到保護。

（2）陰極保護

2.1犧牲陽極保護

為了能夠有效的防護腐蝕，鋼鐵表面的電勢因極化而向負電勢方向推動，直到所有的表面電勢均勻為止。

電勢均勻以後，電化學腐蝕反應的驅動力就停止了。

對於電化學防腐系統，陽極金屬材料會在鋼鐵的影響下發生腐蝕，最終需要更換陽極。

所用的材料不是為犧​​牲陽極相對純淨的活性金屬，如鋅，鎂，鎂或鋁或合金已專門開發用於作為犧牲陽極。

在應用陽極的陰極保護，一個特殊的回填材料包圍，為了保證陽極的陽極會產生預期的輸出。

2.2外加電流陰極保護

對於大型的結構，原電池的陽極無法以低廉的成本提供足夠的電流以給機構體提供足夠的保護。

外加電流陰極保護系統將陽極直接與直流電源相連，以提供足夠的保護電流。

外加電流陽極必須設計壽命長在大電流輸出。

典型的期望外加電流陽極壽命超過二十年。

陽極材料，已被證明是適合治療外加電流系統包括石墨，高矽鑄鐵，複合金屬氧化物，以及在較小程度上白金和磁鐵礦。

陽極通常安裝在組合配置中的電解質。

（3）陽極保護

陽極保護方法通過抑制需要保護的陽極金屬結構的電流以達到防腐蝕的目的。

在金屬環境條件下主動被動行為表明，陽極保護通常是有效的。

在實踐中，金屬對環境的潛在保存在被動用偏光區域結構在正電的方向。

從歷史上看，陽極保護的應用最為廣泛的加工工業，特別是在溫和或不銹鋼設備用濃硫酸儲存。

四、案例

例如:

1.汽車烤漆

2.鋁門窗陽極處理、湯匙的電鍍

3.暴露在戶外及海洋的鋼結構件所採用熱噴塗鋅、鋁及其合金塗層

4.軍艦甲板、雕塑壁畫採高速電弧噴塗或超高速噴塗。

當以上物品氧化（生鏽）了，會有哪些特徵？

（1）褐色或深褐色。

（2）表面凹凹凸凸。

（3）不平滑，摸起來粗粗的。

（4）用力摳會有粉末掉下來。

（5）生鏽的部分很脆弱。

上圖為無氧化之鋁門上圖為氧化之鋁欄杆

五、研究步驟

（一）討論工作分配

（二）開始搜尋金屬氧化的相關資訊。

（三）資料會診以及排版

（四）分工合作開始整理報告並加以修飾。

六、結語

在生活之中有許許多多的氧化改變在我們的生活當中，要如何運用智慧來防止氧化或是改變他的外部結構都是需要一些科學知識來解釋，運用一點氧化改變也能讓生活都一些樂趣，氧化就是跟我生活作息息息相關，以上這些介紹是否對你提起了一點興趣了呢?

事不宜遲快來探討氧化的變化吧。

經過這次的研究，才讓我們更體會到團結的重要，在大家的努力，開始找尋有關金屬氧化的資料，經過一番努力終於完成了書面資料，更讓我們對金屬的氧化有了深入了解，在未來如果遇到同樣的事情，也會更了解如何處理。

這也是研究東西對我們最大的幫助。

七、工作分配

資料收集:

陳肇文（49912109）、沈秉翰（49912088）

曹程皓（49912059）、李恩豪（49912078）

廖崧敦（49912057）、李祐福（49912010）

資料整合與排版:

李祐福（49912010）

報告:

沈秉翰（49912088）

八、參考資料

生鏽欄杆圖:

化學週期表:

氧化反應式:

維基百科

如何防止金屬氧化與防止氧化的原理:

鋁門圖:

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