金屬材料的耐久性

金屬材料的耐久性是指金屬材料在使用過程中經受環境的作用，而能保持其使用性能的能力。

腐蝕是影響金屬材料的耐久性重要因素，所以研究金屬腐蝕及其防護方法是研究金屬材料的耐久性的重中之重。

資料

金屬材料在使用過程中經受環境的作用，而能保持其使用性能的能力。由於工程中大量使用的金屬，如鋼材等都易受腐蝕，所以討論耐久性時，應該著重研究金屬腐蝕及其防護方法。金屬的腐蝕使工程構築物的使用期限縮短，並常導致其功能失效而引起事故和造成損害。金屬的腐蝕主要是由於電化學作用的結果，在某些條件下，化學以及機械、微生物等因素也能促進腐蝕。
電化學腐蝕　在電化學反應中，電介質液中的陽極是處於較低電位（賤電位），發生氧化反應，金屬離子進入液中，產生腐蝕；電子則由導線流向陰極。陰極是處於較高電位(貴電位),發生還原反應。以鐵為例,其陽極反應為Fe→Fe+2e;陰極反應為;綜合反應為Fe(OH)繼續與O反應生成4Fe(OH),可能脫水成FeO。上述反應產物的混合物即為鐵鏽。
金屬的電位決定於金屬的本性和所處介質的狀況。因此,不但不同的金屬在相同的介質中具有不同電位,即或同一金屬（合金），也由於各部分的化學成分、應力狀態等的差異而具有不同電位。而且，同一金屬由於各部分所接觸的介質的組分和濃度的差異，也使各部分的金屬具有不同的電位。所以，建築金屬的腐蝕，在巨觀和微觀範圍內都普遍存在電化學腐蝕的反應。
在金屬腐蝕的試驗中，常套用電化學方法快速測定相對腐蝕率,如線性極化法就具有較廣泛的套用價值,其簡化公式為。由於在腐蝕電位正負10毫伏以內，外加電流Δ與電極電位ΔE呈線性關係,根據公式可得腐蝕電流，進而換算得金屬的相對腐蝕率。
建築金屬腐蝕的主要形態　①均勻腐蝕。金屬表面的腐蝕使斷面均勻變薄。因此，常用年平均的厚度減損值作為腐蝕性能的指標（腐蝕率）。鋼材在大氣中一般呈均勻腐蝕。②孔蝕。金屬腐蝕呈點狀並形成深坑。孔蝕的產生與金屬的本性及其所處介質有關。在含有氯鹽的介質中易發生孔蝕。孔蝕常用最大孔深作為評定指標。管道的腐蝕多考慮孔蝕問題。③電偶腐蝕。不同金屬的接觸處，因所具不同電位而產生的腐蝕。④縫隙腐蝕。金屬表面在縫隙或其他隱蔽區域部常發生由於不同部位間介質的組分和濃度的差異所引起的局部腐蝕。⑤應力腐蝕。在腐蝕介質和較高拉應力共同作用下，金屬表面產生腐蝕並向內擴展成微裂紋，常導致突然破斷。混凝土中的高強度鋼筋（鋼絲）可能發生這種破壞。
建築金屬在不同環境中的腐蝕　建築金屬大量套用於金屬結構、鋼筋、管道和板樁等。由於所處環境不同而有不同的腐蝕和防護特點。

金屬材料的耐久性

金屬材料的耐久性

金屬材料的耐久性

金屬材料的耐久性

特點

① 大氣腐蝕。鋼和鑄鐵大多數是在大氣中使用,水汽和雨水會在金屬表面形成液膜並溶入O和CO而成為電介質液，導致電化學腐蝕。工業大氣中含有的各種氣體（特別是SO,常有較高濃度）和微粒也能加劇腐蝕。近海地區的海鹽微粒，可在金屬表面形成氯鹽液膜而具有很強的腐蝕性。鐵鏽的質地疏鬆，不能阻止腐蝕的發展。因此，廣泛套用有機塗層（主要為油漆）作防護層，也可用金屬塗層。在鋼中加入少量磷、銅等合金元素，能有效地增強抗大氣腐蝕性能。
混凝土中的高鹼度環境，有助於鋼筋的抗腐蝕能力(pH≥11.5)。如果混凝土存在高滲透性、裂縫、保護層過薄等缺陷,則CO的侵入可使鋼筋周圍介質的鹼度降低，當pH值降至10以下時,則混凝土的保護作用將失效。Cl較多時，即使在高鹼度的介質中也能導致鋼筋腐蝕。常用的防護方法有：提高混凝土的密實性；使保護層的厚度符合規定；不使用對鋼筋有腐蝕性的外加劑，或在使用時加入適當的阻銹劑；所使用的水泥和摻合料能使混凝土硬化後保持一定的鹼度;採用聚合物浸漬混凝土,或在混凝土表面塗刷如環氧樹脂等作防護層。此外，還可採用鍍鋅鋼筋，或在鋼筋表面浸塗適當的防護物質。具有耐腐蝕性能的鋼筋也在發展中。
鋁合金是優良的建築材料。鋁在初期受蝕後形成緻密而牢固附著的膜層，從而能有效地阻止腐蝕的發展。套用陽極氧化的處理後，更能形成堅硬、耐磨而有光澤的表面層。
② 水中腐蝕。碳鋼和鑄鐵在淡水中的腐蝕,因水中所含物質的性質和濃度而有差別。海水是良好的電介質，並含有高的Cl等物質,故對碳鋼和鑄鐵有很強的腐蝕作用，必須在有效的保護下使用。用於海水中的結構件還常選用不鏽鋼、銅合金和其他耐腐蝕的金屬(合金)。
③ 土壤腐蝕。不同的土壤對建築金屬的腐蝕作用差別很大。土壤對金屬腐蝕的性質常用測定其電阻值作為指標，高電阻的乾土壤一般腐蝕性不大。地下構築物，包括管道等，一般都用碳鋼和鑄鐵。
建築金屬的防腐蝕　除使用各種塗層外，還常套用極為重要的陰極保護法。
陰極保護法有兩種：①用電位比被保護金屬(碳鋼)為賤的金屬，例如鎂和鋅,作為陽極,與作為陰極的金屬構築物相連線，則陽極受腐蝕，構築物受保護。此法適用於閘門、地下容器等有限範圍的物體。②大體積的構築物和地下管道，則適宜用外加直流電流進行保護（見圖）。以石墨或高矽鐵等為隋性陽極接電源正端，以金屬構築物為陰極接電源負端，施加至少與腐蝕電流大小相等、方向相反的電流，構築物即受到陰極保護。使用時金屬構築物仍應使用保護塗層，以節省費用。
金屬材料的耐久性陽極保護法也在發展中，但在土木建築工程中尚未套用。

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