鈍化(passivation)
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有些金屬本該猛烈腐蝕——鋁和鉻的電極電位很活性,比鐵更急於反應——然而一把鋁梯或一支不鏽鋼湯匙卻能用上數十年。原因是鈍化:金屬與氧反應得如此迅速又整齊,以致把自己包在一層極薄、緻密、鍵結緊密的氧化皮膜裡,這層皮膜隨即成為盾牌,幾乎完全阻止後續的侵蝕。金屬等於是用第一口腐蝕,替自己披上防止其餘腐蝕的裝甲。
它之所以有效,是因為薄膜很薄(只有幾奈米)、連續、無孔,因此把金屬與水和氧隔開,連它自身的離子都幾乎無法穿越。薄膜一形成,腐蝕速率就下降數千倍甚至更多——金屬從「活化」態切換到「鈍態」。關鍵在於薄膜能自我癒合:把它刮開,露出的新鮮金屬會在空氣或充氣水中立刻重新氧化、重新封閉。這正是為什麼切割一塊不鏽鋼不會露出會生鏽的邊緣,也是為什麼鋁能亮上好幾年。鉻是不鏽鋼中的魔法成分;含鉻約 11% 以上時合金就會鈍化,這才是「不鏽」真正的意思。
但有個很大的但書:鈍態是有條件的,不是永久的。薄膜需要適當環境(通常是足夠的氧與適中的 pH)才能保持完整,而某些侵略者——尤其是氯離子——能在局部打穿它,且它可能無法重新癒合。那正是孔蝕與縫隙腐蝕的門戶。所以鈍化是絕佳卻脆弱的防護:它讓活性金屬表現得像貴金屬,但只在薄膜存活時如此,這也是為什麼不鏽鋼和鋁在鹹、滯留或還原性的條件下、薄膜守不住時,仍會失效。
鋁是個鮮明的例子:它的電極電位(-1.66 V)比鐵活性得多,所以裸鋁「照理」該比鋼腐蝕得快得多。實際上新鮮的鋁表面在毫秒內就長出一層堅硬、透明的氧化鋁膜,而正是這層幾奈米的皮膜,讓鋁窗框和飲料罐能在會使鋼生鏽的天候中倖存。
讓活性的鋁與鉻在一般空氣中抗腐蝕的,是鈍化,而不是它們有多貴。
鈍態是一種狀態,而非永久的性質:同一塊不鏽鋼在充氣的水中極抗腐蝕,卻可能在去氧、富氯或強酸的溶液中自由腐蝕,因為那裡薄膜無法形成或無法保持完整。