為什么鋁不生銹

2024-04-15 科普知識

　　科普知識是一種用通俗易懂的語言，來解釋種種科學現象和理論的知識文字。用以普及科學知識為目的。下面和小編一起來看為什么鋁不生銹，希望有所幫助！

　　許多人都認為鋁不容易生銹，事實上鋁比鐵還容易生銹！不過鋁生了銹，不像鐵生了銹那樣滿身是疤，仍是漂漂亮亮的。

　　生銹，實際上大都是金屬被濕空氣中的氧氣氧化了。氧氣對于鐵來說，是最麻煩的事。鐵器生銹后，由于鐵銹是疏松的，氧氣可以趁隙進攻。鋁卻不然，鋁很容易與氧氣化合成鋁銹──三氧化鋁，或簡稱氧化鋁。這層氧化鋁緊緊地貼在鋁的表面，可以防止里頭的鋁與氧氣化合。

　　不過這層氧化膜既怕酸又怕堿，所以鋁鍋只宜煮飯不宜做菜。常有人嫌鋁鍋不光亮，老是用草木灰或沙子去擦。其實，這是一種很不科學的做法。草木灰所以能夠很好地去掉鋁鍋的這件"外套"：

　　第一，摩擦時能擦破氧化膜；

　　第二，草木灰含有碳酸鉀等，是堿性的物質，能夠借化學作用溶解氧化膜。

　　但是，當你剛剛擦掉了一層氧化膜，鋁鍋亮了一些，沒多久，鋁因為沒有氧化膜的保護，又繼續氧化了，重新披上一層氧化膜，鋁鍋照舊是灰蒙蒙的。盡管你天天拿起草木灰擦，鋁鍋照舊天天重新生成氧化膜。在這場"拉鋸戰"中，鋁鍋越來越薄。最后，鋁鍋開了"天窗"──漏了。又費力氣，又把鍋弄壞了。

　　平常鋁鍋的這層氧化膜很薄，它只有0.00001毫米那么一點厚。在工業上，為了使鋁制品更能經久耐用，常常把做好的鋁制品浸在含有20%硫酸鈉與10%硝酸的溶液里，使這層氧化膜更加厚一些。商店里那些新的鋁鍋鋁壺，它們的表面都是灰白色的或淺黃色的，這就是因為經過加厚處理的緣故。

　　從原理、化學反應、表面保護以及應用等方面來解釋這個問題。

　　一、鋁的氧化物保護膜

　　鋁在空氣中容易形成鋁氧化物（Al2O3），這種氧化物可以形成一層保護膜，這種膜是一種致密的、茶色的、不透明的，可以有效防止后續氧氣和水的侵蝕，從而保護鋁的本體性能不受損害。

　　二、鋁的特殊化學反應

　　鋁的氧化物保護膜存在的情況下，鋁在大多數常見的環境條件下都不會產生大量的化學反應。例如，鋁和水并不容易產生明顯的氣體反應，并且當氧化劑（例如金屬氧化物）與鋁反應時，氧化劑一般會優先與氧化物保護膜發生反應，而不是與鋁本身發生反應。

　　三、表面保護

　　盡管鋁的氧化物保護膜能夠很好地保護鋁的本體性能，但有時仍需要采取一些特殊措施來防止鋁的損傷和腐蝕。對于大部分應用來說，常見的表面保護方法包括表面涂層（例如油漆、粉末涂層和陽極氧化）和金屬合金化。

　　四、應用

　　鋁的易于加工性和穩定性使它可以用于廣泛的應用領域。例如，建筑和工業用途中常用的鋁合金材料可以制作航空器、汽車、城市道路標志和照明設施等產品。鋁制電線和桿塔用于輸電和電網裝備。在生物醫療和食品加工領域，鋁的材料性質和表面質量要求極高，可以制成高品質的食品罐、飲料包裝和藥品包裝等。

　　總之，鋁不容易生銹的主要原因是由于鋁的氧化物保護膜的存在以及特殊的化學反應。為了進一步保護鋁的表面和性能，采取一些特殊的表面保護方法可以提高鋁的性能和壽命。雖然鋁有時會受到腐蝕和損傷，但在許多應用中，它仍然是一種可靠和優秀的材料。五、鋁與氧化與水反應

　　鋁是一種活潑的金屬，它能夠與氧氣、水和酸等反應，但由于鋁在空氣中能夠產生一層致密的氧化物層，鋁具備了一定的抗腐蝕能力。在氧化和水中，鋁的反應速度通常不會像其他金屬那樣快，這也是鋁不容易生銹的原因之一。

　　1. 氧化

　　鋁和氧氣反應會形成一層致密的氧化物，這種氧化物膜可以防止氧和水從外部進入，從而發生腐蝕。鋁在空氣中僅有的一種氧化產物是三氧化二鋁（Al2O3），這種產物具有較強的化學穩定性，對鋁材具有保護作用。當鋁發生氧化反應時，鋁原子會失去 3 個價電子，整個過程如下：

　　4 Al (s) + 3 O2 (g) → 2 Al2O3 (s)

　　2. 水

　　鋁也可以與水發生反應，但與其他金屬不同，鋁的反應速度比較慢。當鋁和水接觸時，鋁表面的氧化物膜防止了水和鋁之間的發生反應。

　　2 Al + 6 H2O → 2 Al(OH)3 + 3 H2

　　上述反應中，鋁會受到水分解產生的氫氣，在鋁表面形成一層氫氣氣泡，這會進一步阻礙水分子與鋁發生反應的可能性。這也是鋁不容易生銹的一個重要因素，因為如果鋁表面被氧化，水就可以與鋁反應生成氫氣和氧化鋁（Al2O3）。

　　六、表面保護

　　雖然有了鋁的氧化物保護膜和特殊的化學反應，鋁仍然需要進一步的表面保護。特別是在惡劣的工業或海洋環境中，鋁金屬等開放性銹蝕金屬表面可能會暴露在容易腐蝕的環境中。

　　在建筑、航天航空、運輸、裝配及其他許多領域中，鋁合金材料的使用已經成為一項非常趨勢。這種金屬有時可以，通過涂層、陽極氧化或合金其它金屬等表面保護方法進行保護，以防止其進一步損壞。

　　1. 涂層

　　涂層是一種非常常見的保護方法，包括內部和外部涂層，以增強鋁合金的耐用性和抗腐蝕性。涂層的主要作用是保護鋁合金表面，防止鹽霧、紫外線和酸蝕等氧化作用，以及挽救表面質量、提高外觀質量。常用的涂層包括有機涂層、無機涂層、裝飾性涂層等。

　　2. 陽極氧化

　　陽極氧化是一種反應的方法，可以形成一種特殊的氧化層，用來保護鋁的表面。在這種方法中，鋁放置在電解質中，然后通過使它在電流下經歷氧化作用，附著一層保護氧化層在鋁表面上，提高鋁材表面涂層的耐久性和其他位置。

　　3. 孿生金屬

　　由于許多金屬具有較高的抗腐蝕性，常用的表面保護方法之一是將鋁與其他金屬形成合金。這種孿生合金可以增強鋁的耐腐蝕性和強度，進一步保護其表面不受損害。常見的向鋁中添加其他金屬的元素包括銅、鋅、鎂和錳等。

　　七、應用

　　鋁具有高強度、低密度、良好的成型加工和優異的耐腐蝕性能，因此在各種應用中都有廣泛的用途。

　　1. 建筑領域

　　由于其抗腐蝕性強、易于加工和成形性能好以及其他方面的性能優越，鋁已成為建筑領域中常用的材料，用于制造各種各樣的建筑材料。例如，鋁制的陽光房、百葉窗、天窗和屋頂是常見的產品。鋁合金可以用于制造鋁塑板、鋁單板、掛板等建筑裝飾，也可以用于制造戶外欣賞設備和城市商業標識。

　　2. 航空航天領域

　　鋁合金在航空航天領域的應用也是非常廣泛。首先，鋁合金的密度低，質量輕，在制造航空器和宇宙飛船中可以減少重量，從而提高飛行速度和燃油效率。此外，鋁合金的強度高，可以提供良好的結構支持和安全性能。航空器中的液壓系統、機械部件和機翼等都可以使用鋁合金材料制造而成。

　　3. 電氣領域

　　鋁也被廣泛用于電氣設備和電線、電纜的制造。由于鋁的導電性能優異，合適的斷電體積更小，重量輕，可以減少成本。此外，鋁的耐腐蝕性強，可以耐受惡劣的環境，這對于電纜的長期穩定運行是非常重要的。

　　4. 化工領域

　　鋁也被廣泛應用于化工領域的各種設備和管道。它可以承受高溫和強酸等侵蝕性較強的溶液，同時表面的氧化層也可以起到一定的防腐作用。由于其良好的物理和化學特性，鋁合金在化工生產和輸送中，尤其是在制造氧化劑、計量泵、加壓容器等關鍵設備中有廣泛應用。

　　總之，鋁不容易生銹的原因是復雜的。雖然鋁容易發生氧化和水的反應，但這些反應通常不會導致鋁的生銹。鋁的抗腐蝕性能和優良的力學性質意味著它可以用于各種多樣的應用，從建筑到化工到航空航天，它的廣泛應用只會隨著時間的推移而變得更加廣泛。

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