3.2 銹垢

1.金屬表面的銹垢

在水及氧的聯合作用下，金屬表面會被腐蝕，腐蝕產物一般是金屬氧化物，即稱為銹。金屬表面的銹垢見表3-4。

表3-4 金屬表面的銹垢

2.鐵銹

普通鋼鐵制品在潮濕的空氣中，漸漸變色，并在表面生成一種紅褐色的物質，這種現象稱為鋼鐵的生銹。其實質是鐵和空氣中的氧氣、水蒸氣等起作用，生成鐵的多種氧化物的水合物。足夠的時間后，在氧氣和水充足的情況下，鐵會完全氧化成銹。鐵銹的成分比較復雜，不同環境下會生成不同形式的鐵銹，一般來說，鐵銹是混合物，主要由三氧化二鐵水合物Fe₂O₃·nH₂ O（或Fe₃ O₄）和氫氧化鐵[FeO（OH）、Fe（OH）3]組成，鋼鐵基體和存在環境不同，產生的銹垢成分也不同，表3-5給出了銹垢的分類、產生原因、特點及成分分析。

表3-5 銹垢的分類、產生原因、特點及成分

鐵的生銹是一種電化學反應，普通鋼鐵制品中一般含有碳等雜質，在水蒸氣等的作用下在表面形成電解質溶液組成原電池，其中鐵是負極，加速了鐵的腐蝕。生銹的速度會受水影響，也會因為電解質存在而加速，例如汽車在有鹽的環境中較容易生銹。生銹主要的反應是吸氧腐蝕（pH值﹥4.5），即

O₂＋4e^-＋2H₂O→4OH^-

由于其反應產生氫氧根離子，因此酸的存在會加速此反應的進行。上述反應消耗電子，因此可以進行以下氧化反應，將鐵氧化為亞鐵離子：

Fe→Fe^2＋＋2e^-

若有氧存在，則亞鐵離子還會再度氧化，即

4Fe^2＋＋O₂→4Fe^3＋＋2O^2-

亞鐵離子和鐵離子與水會產生酸堿反應，形成氫氧化鐵及氫氧化亞鐵，即

最后氫氧化鐵和氫氧化亞鐵會和其脫水物形成以下的平衡：

從以上反應式，可以看出鐵生銹會受到氧和水的影響。若溶氧量有限，則較容易產生含亞鐵離子的產物，例如氧化亞鐵及黑色的四氧化三鐵。若溶氧量高，則會產生含鐵離子的產物，其化學式為Fe（OH）_3-xO_x/2。由于鐵銹中的固體仍在緩慢地進行化學反應，因此鐵銹的成分會隨時間變化。

上述反應也會受到其他離子的影響，例如當鈣離子存在時，因為鈣離子是電解質，所以會加速鐵銹的產生，鈣離子也會和鐵的氧化物及氫氧化物結合，形成Ca-Fe-O-OH形式的沉淀。