臺灣博碩士論文加值系統

台灣為一海島四面環海高溫、高濕與高鹽份的環境，加上空氣汙染的結果，腐蝕環境嚴重。北投、陽明山位於台灣北部著名之溫泉區，硫害情況十分嚴重。目前國內對於硫害的相關研究，特別針對北投、陽明山地區十分罕見。過去公共建設常引用國外大氣腐蝕數據進行腐蝕速率評估與防蝕設計，結果常有未達設計年限，就已鏽蝕損害的情形。因此，本土化大氣腐蝕性的掌控，對金屬結構物耐久性防蝕措施，格外顯得重要。本研究計畫是針對針對銅、鋁、鋅以線材方式在含硫地區北投、陽明山進行實地臨場曝露測試，根據ISO及CNS規範進行腐蝕速率監測；並分析其腐蝕生成物之結構與化學組成，比較三種金屬之腐蝕速率與腐蝕機制。由氣象資料推估：北投、陽明山地區的RH>80%幾達全年。北投、陽明山離海岸線已超過10公里，海鹽沉積量應低於10mg/m2/day，但新民國中附近之溫泉明顯含有較高之氯離子。由北投陽明山地區之大氣腐蝕性測試結果顯示，該地之大氣腐蝕性介於C5與C5+ :Cu(C5+)>Zn(C5+)>Al(C5) 之間，由一年四季腐蝕數據觀之，銅、鋁、鋅之腐蝕速率，仍有增加的趨勢，值得持續追蹤。

Taiwan is a semi-tropical island sorrouned by the sea.with a high temperature, high humidity and high salinity of the environments. coupled with the results of air pollution, can therefore be considered severe corrosive environments. Beitou and Yangmingshan area with high contents is located in the northern part of Taiwan's famous hot spring area sulfur. However local sulfur-related research, especially for Beitou and Yangmingshan area is very rare. Various construction often quoted foreign data regarding atmospheric corrosion and corrosion design. The results are ofthen less than the design life, to have the rust damage. Therefore, to control the atmospheric corrosion of the metal structures in particularly important. This research project is focused on copper, aluminum and zinc wires exposing in Beitou and Yangmingshan area for field testing, according to the ISO and CNS specifications regarding of corrosion rate monitoring to analyze the structure and chemistry of the corrosion products, While to compare the three metal corrosion rates and the related corrosion mechanisms. The environment data from Beitou and Yangmingshan area is estimated to RH> 80% almost all year round, sea salt deposition less than 10 mg/m2/day 10km away from the coastline, but the area in the vicinity of the hot spring contain significantly higher chloride ions, and the SO2 content in hot spring area should be greater than the value cited from the relevant literature 200mg/m2/day. The atmospheric corrosion test results from Beitou and Yangmingshan region show that the classification to the ISO or CNS from the year-round test of copper, aluminum and zinc corrosion rate. However, the result also indicate a tendency for increasing.

摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 IX
表目錄 XIV
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究範圍 1
1.3 基本材料種類介紹 3
1.3.1 鋅 3
1.3.2 鋁 3
1.3.3 銅 3
第二章 文獻回顧 4
2.1腐蝕定義 4
2.1.1孔蝕(pitting corrosion) 4
2.1.2晶界腐蝕( intergranular corrosion)： 6
2.1.3沖磨腐蝕(erosion corrosion)： 6
2.1.4選擇性侵蝕(selective leaching)： 7
2.1.5伽凡尼腐蝕(galvanic corrosion) 7
2.1.6均勻腐蝕(uniform corrosion) 8
2.1.7環境誘導破裂(environmentally induced cracking) 9
2.1.8間隙腐蝕(crevice corrosion) 10
2.2鋅、鋁、銅腐蝕機制 11
2.2.1 海洋環境 11
2.2.2一般大氣環境 12
2.2.3工業環境(含硫地區) 13
2.3大氣腐蝕成因 15
2.3.1含水環境中的腐蝕原理 15
2.3.2水份 15
2.3.3水膜厚度 16
2.3.4氧氣 17
2.3.5相對濕度(RH) 17
第三章 實驗步驟 19
3.1 實驗流程 19
3.2曝露試樣材質選擇與前處理 20
3.3曝露試樣前處理 21
3.4試驗變數 23
3.5曝露試驗地點選擇 23
3.5.1新民國中 23
3.5.2惇敘高工 25
3.6重量損失 26
3.7電化學測試(極化測試) 30
3.8表面腐蝕生成物分析 32
3.8.1 X光繞射分析儀XRD (X-ray Diffraction) 32
3.8.2場發掃描式電子顯微鏡FE –SEM (Field Emission Scanning Electron Microscope) 33
3.8.3 X光光電子能譜儀XPS( X-ray Photoelectron Spectroscopy) 33
第四章 結果與討論 35
4.1厚度損失 35
4.1.1銅厚度損失 35
4.1.2鋁厚度損失 37
4.1.3鋅厚度損失 39
4.2電化學直流極化法 42
4.2.1 銅 42
4.2.2 鋁 46
4.2.3鋅 50
4.3 FE-SEM表面型態分析 55
4.3.1銅之表面型態分析 55
4.3.2鋅之表面型態分析 57
4.3.3鋁之表面型態分析 60
4.4 XRD腐蝕生成物種類分析 64
4.4.1銅表面腐蝕生成物種類 64
4.4.2鋁表面腐蝕生成物種類 66
4.4.3鋅表面腐蝕生成物種類 67
4.5 XPS腐蝕生成物鍵結分析 70
4.5.1 銅之XPS分析 70
4.5.2鋁之XPS分析 77
4.5.3鋅之XPS分析 83
4.6 Cu、Al、Zn不同條件之試樣圖 89
第五章 結論 93
第六章 未來展望 95
參考文獻 96
附錄 100

1.羅俊雄、劉益雄、陳新北、陳桂清、柯正龍”台灣地區大氣腐蝕季節性之比較”，防蝕工程，第二十五卷第二期，第55-68頁(2011)。
2.ISO9223: Corrosion of metals and alloy – Corrosivity of Atmospheres- Classification. (1992).
3.ISO9226: Corrosion of metals and alloy –Corrosivity of Atmospheres- Determination of Corrosion rate of Standard Specimens for the Evaluation of Corrosivity. (1992).
4.ISO9225: Corrosion of metals and alloy –Corrosivity of Atmospheres- Measurement of Pollution. (1992).
5.ASTM G50 Conducting Atmospheric Corrosion Tests on Metals.
(1997).
6.中華民國國家標準CNS　13753金屬及合金之腐蝕-大氣腐蝕性（大氣腐蝕-測定標準試片之腐蝕速率以評估腐蝕性）(1996) 。
7.中華民國國家標準 CNS　14123金屬及合金之腐蝕-大氣腐蝕測試(現場測試之一般要求) ( 1998) 。
8.中華民國國家標準CNS 13401金屬及合金之腐蝕-大氣腐蝕性之分類 (1994) 。
9.中華民國國家標準CNS 14122金屬及合金之腐蝕-大氣腐蝕-試片腐蝕生成物清除法 (1998) 。
10.J. E. Svensson and L. G. Johansson” A Laboratory Study of The Initial Stages of The Atmospheric Corrosion of Zinc in The Presence of NaC1; Influence of SO2 and NO2”, Corrosion Science, Vol. 34, No. 5, p. 721-740.(1993).
11.F. C. Porter, “Corrosion Resistance of Zinc and Zinc Alloys,” A. Schwietzer and P. E., Editor, p.234-237, Marcel Dekker, New York. (1994).
12.F. H. Haynie, ‘‘Theoretical Air Pollution and Climate Effects on Materials Confirmed by Zinc Corrosion Data’’, ASTM STP 691,
p. 157–168.(1980).
13.G. Schikorr, “Corrosion Behavior of Zinc in the Atmosphere”, American Zinc Institute, p. 44, New York. (1965).
14.眭明山，”利用Ex-Situ EIS研究鋅初階段之大氣腐蝕”，國立清華大學材料科學工程學系碩士論文 (1999) 。
15.Qing Qu, Chuanwei Yan, Ye Wan, Chunan Cao,” a Effects of NaCl and SO2 on The Initial Atmospheric Corrosion of Zinc”, Corrosion Science vol.44, p.2789–2803.(2002).
16.安百剛、張學元、韓恩厚、李洪錫、宋詩哲，”鋁和鋁合金的大氣腐蝕研究現狀”，中國有色金屬學報第11卷第2期，p. 11-15，(2001)。
17.F.J. Hernández , J.J. Santana, R.M. Souto, S. González 1, J.Morales,
” Characterization of the Atmospheric Corrosion of Aluminum in Archipelagic Subtropical Environments”,Int. J. Electrochem. Sci. 6 6567 – 6580.(2011).
18.呂勝利，張有宏，呂國志，”鋁合金結構腐蝕損傷研究與評估”，西北工業大學出版社 (2009) 。
19.張學元、安百剛、韓恩厚”銅在雨水中的腐蝕行為電化學研究”，腐蝕科學與防護技術，第14卷第5期，第257-259頁 (2002) 。
20.陳柏州，”商用銅基合金之氧化與硫化”，國立台灣大學材料工程研究所碩士論文 (1994) 。
21.吳軍、周賢良、董超芳、肖葵、李曉剛”銅及銅合金大氣腐蝕研究進展”，腐蝕可學與防護技術，第22卷第5期，第464-468頁 (2010) 。
22.B. C. Syrett, Atmospheric Corrosion Test Methods, NACE.(1995).
23.A. Jones, Principles and Prevention of Corrosion, 2ed Ed., P.399, Prentice Hall.(1995).
24.N. D. Tomashov, Theory of Corrosion and protection of Metals, p368,Macmillan Co..( 1967).
25.H. H. Uhlig, & R. W. Revie, Corrosion and Corrosion control, 3rdEd., John Wiley &Sons, New York.(1991).
26.蘇富榮，”大氣環境與金屬腐蝕關係之探討”，國立台灣大學環境工程研究所碩士論文 (1988) 。
27.S.G. Lee, S. G. Kang, “The Effects of sulphur dioxide on atmospheric corrosion of galvanized steel”, Journal of Materials Science Letter, vol.16(902-905).(1997).
28.廖健隆，”碳鋼材料在二氧化硫環境下之腐蝕可靠度之探討”，國立中央大學碩士論文 (2000) 。
29.I. L. Rozenfeld, Atmospheric Corrosion of Metals, NACE, Houston, Texas. ( 1972).
30.P. W. Braw N, ‘‘Factors Affecting the Corrosion of Metals in the Atmosphere’’, Atmospheric Corrosion, John Wiley and Sons,
p. 32–49.(1982).
31.S. Cramer, J. P. Carter, P. M. J. , Linstrom and D. R. Flinn, “in The Degradation of Metals in the Atmosphere, pp.316-326, ASTM STP 965, American Society of Testing and Materials, Philadelphia (1988).
32.X. G. Zhang and E. M. Valeriote, “in Atmospheric Corrosion, ASTM STP 1239”, W. W. Kirk and H. H. Lawson, Editors, American Society for Testing and Materials, p.230,Philadelphia, PA . (1995).
33.J.H. Wang, F.I. Wei, Y.S. Chang, Han C. Shih, The Corrosion Mechanisms of Carbon Steel and Weathering Steel in SO2 Polluted Atmospheres, Mater. Chem. Phys., 47(1) 1 (1997).
34.K. Barton, ‘‘Protection Against Atmospheric Corrosion”, John Wiley and Sons, New York.(1966).
35.洪耀宗，”電信材料之大氣腐蝕及其防治研究”，國立清華大學博士論文 (2003) 。
36.Junhua Dong, Enhou Han, Wei Ke “Introduction to atmospheric corrosion research in China”,Science and Technology of Advanced Materials 8, p. 559–565.(2007).
37.工研院，”台灣地區結構物腐蝕潛勢分區研擬(一)”，內政部營建署 (2002) 。
38.李曉剛，董超芳，肖葵，杜翠薇，周和榮，林翠，金屬大氣腐蝕初期行為及機理，科學出版社 (2009) 。
39.鐘惠玲，”不同劣化環境對結構用鋼腐蝕行為影響之研究”，中華技術學院土木防災工程研究所碩士論文 (2007) 。
40.Dagmer Knotaiva and Karel BartoiN ̌," Effects of Acid Deposition on Corrosion of Metals”, Atmospheric Environment Vol. 26A, No 17, p. 3169 -3177.(1992).
41.邱新智，”碳鋼材料在鹽酸環境下腐蝕防蝕之研究”，國立高雄第一科技大學機械與自動化工程系碩士論文 (2004) 。
42.I. L. Rozenfeld, Atmospheric Corrosion of Metals, NACE, Houston, Texas.(1972).
43.Ailor, Atmospheric Corrosion, Wiley, New York.(1982).
44.何宗翰”高熵合金A1xCo1.5CrFeNi1.5Ti0.5Moy電化學孔蝕行為之研究”，中國文化大學材料科學與奈米科技研究所碩士論文。(2011)
45.凌德麟，”台灣省重要溫泉資料之調查研究報告”，台灣省交通處旅遊事業管理局，(1988)。
46.洪德仁，”戀戀北投溫泉”，玉山社(1997) 。
47.汪建民”材料分析”，中國材料科學學會(2005) 。
48.柯賢文，”腐蝕以其防治”．泉華科技圖書股份有限公司 (2003) 。
49.中華民國熱浸鍍鋅協會熱浸鍍鋅會刊第38期 (2012) 。
50.黃鈺琳”銅鋁鋅於含硫環境中之腐蝕行為研究” 中國文化大學材料科學與奈米科技研究所碩士論文 (2012) 。