金屬材料的「這個會不會生鏽?」的問題…

一般消費者得知一個產品是以金屬材料製作而成之後,通常就會接著問「那這個會不會生鏽?」,雖然這個問題看似很單純,但卻是一個無法三言兩語簡單說清楚的難題。

你想要「聽得懂」還是「正確」的答案?

“古代中國民間認為,月食是「天狗吃月亮」,必須敲鑼打鼓才能趕走天狗。”
「為什麼夜空中的月亮會消失不見?」
「因為被天狗吃掉了。」

嗯……用天狗吞月來解釋眼前的月亮之所以不見的理由,確實是連兩歲小孩都聽得懂的解釋,也確實是一個大腦智能水平遠低於成人的兒童也有能力理解的答案,只不過唯一的問題是……根本沒有天狗啊!

符合客觀事實所以最正確的解釋是~「月蝕是因為地球每隔一段時間就會運行到某個特定軌道位置,暫時擋住了剛好也每隔特定時間就運行到自己軌道上某個特定位置的太陽,因此暫時性的讓月球照不到太陽的光,所以從地球上看月球似乎不見了。」

嗯……一開始想像大腦就當機卡住了,難道沒有比較容易聽懂的解釋嗎?給我一個比較簡單的解釋。

其實,天狗蝕月就是一個沒有人聽不懂的最簡單解釋,只不過這個解釋是完全錯誤的而已……。

當一個以認真負責態度面對他人提出的問題並給予解答的人,在每一次面對被拋出的問題時,都必須面對這樣的兩難~「到底是要給出一個對方有能力理解但不管正確性高低的,或是給出一個正確性盡量高但是不管對方是否有能力聽懂的答案呢?」

有一個古老的邏輯笑話是這樣的~「一個人在酒吧裡弄丟了鑰匙然後跑到路燈下找,路人問他為什麼跑來這裡找,他說因為這裡比較亮啊……」

父母通常會跟小孩子說不要靠近「壞人」並且將所有人簡單區分為「好人」與「壞人」來試著解釋這個世界究竟是怎麼一回事給孩子聽,但是我們都知道這個世界的複雜並不是可以用簡單二分法來說明的,這種解釋本身只是針對兒童有限的理解能力而刻意簡化過的答案,也因為這樣的簡化,所以變得不符合客觀事實而成為了一種錯誤,儘管它確實很容易被聽懂。

將一個解釋加以簡化無可避免的會降低正確性,而保有正確性的方式卻又讓這個解釋複雜的難以理解,當面對這樣的兩難時,你會怎麼做呢?

什麼是「生鏽」?

關於這個問題嘛,首先必須定義一下所謂的「繡」指的是什麼?請看下圖 ~
如果對你來說只有左邊那個才是「繡」,那麼適合你的答案應該是~「鋼鐵材料會生鏽,其他金屬材料不會。」

因為顯然對於某些人來說,所謂的「繡」指的就是鐵鏽,也就是鐵的氧化物,那麼當然也只有鐵或鋼這個金屬能夠生出鐵鏽了,難道狗以外的其他動物能拉出狗屎嗎?

如果對你來說「繡」泛指所有金屬身上長出的氧化物的話,那麼簡單版本的答案大概是 ~「除了貴金屬之外,所有金屬材料都會生繡,只是過程快慢的差別罷了。」換句話說,上圖中都是不同金屬所形成的氧化物,所以都算是「繡」。

如果對你來說「繡」泛指所有金屬身上所長出的任何物質(不論是不是氧化物),那麼簡單版本的答案應該是~「除了少數貴金屬外幾乎都會,只是過程快慢的差別罷了。」

因為雖然氧化物是大宗,但是其實金屬也會與其他物質形成例如硫化物等等化合物,而這些東西當然也會破壞金屬的外觀,何況金屬所形成的氧化物也不指一種。
注:人們以語言作為溝通工具時,經常發生由於對話雙方對於溝通上所使用的一些關鍵詞語各自抱持著不同的定義,而且對話的雙方也都沒發現這種異狀,以至於呈現一種沒有人發現已經變成雞同鴨講的雞同鴨講,讓雙方都以為溝通良好直到最終出了大包為止。

什麼是氧化? 什麼是氧化物?

雖然金屬表面長出的並不必然就是氧化物,不過通常確實是以氧化物為最常見的大宗,所以我們來談談這東西。

金屬元素具有與氧分子結合成氧化物的自然頃向,這個過程稱之為氧化,而這個頃向的強弱稱之為金屬的「活性」,越容易氧化的金屬我們稱之為活性強的金屬,以日常生活中會遇見的金屬材料來說,活型由強至弱大約是 ~ 「鋁al>鋅Zn>鉻Cr>鐵Fe>鎳Ni>錫Sn>鉛Pb>銅Cu>銀Ag>鉑Pt(白金)>金Au」。

金屬表面形成的氧化物就是該金元素與接觸到的氧分子結合成化合物,例如鋁(Al)與氧(O2)形成氧化鋁(Al2O3),或是鐵(Fe)與氧(O2)形成氧化鐵(Fe2O3)等等,原則就是A金屬的氧化物稱之為氧化A,B金屬的氧化物稱之為氧化B,依此類推。

不同金屬的氧化物的實際性質各不相同,有些很堅硬、有些很柔軟、有些有顏色、有些透明、有些很厚、有些很薄,有些黏很緊,也有些一碰就掉落。因為某些金屬的氧化物如氧化鋁實際上是一種無色透明厚度約1um的物質覆蓋於金屬的表面,換句話說是一種視覺上近乎不可見的物質,而當這個氧化物覆蓋滿整個表面時,會讓底下的鋁無法接觸到氧分子而氧化,因此氧化作用到此就停止了,可以說鋁(合金)是一種「因為太容易氧化所以不容易氧化的金屬。」

相反的像是鐵的氧化物也就是氧化鐵(鐵鏽)本身是一種疏鬆的結構物,在無法將表面封閉的情況下會讓底下的鐵持續接觸到氧分子而繼續氧化,直到所有的鐵都轉變為繡為止。

所以實際上不太會長出任何異物的鋁比很快就長出鐵鏽的鋼鐵還容易氧化喔。

上述的金屬表面被某種物質完整包覆並封閉而無法接觸到氧分子因此也不再發生氧化現象稱之為「鈍化」,在自然狀況下金屬自己形成的氧化物就足以產生封閉現象而自然鈍化的大約有 ~「鋁、鈦、鎳、鉻、不鏽鋼等等。」,而其他金屬通常是透過特定的酸鹼溶液來讓金屬產生特定氧化物而達到封閉的作用。

如何防止金屬氧化鏽蝕?

既然氧化是一種化學反應,所以也必然遵循所有化學反應的基本原則 ~「一個化學反應只有當條件滿足時才會發生。」

一般來說,當我們說某金屬比較不容易氧化,到不如說讓這個金屬產生氧化的條件在日常生活裡比較少遇到,所以「某金屬容不容易氧化?」本質上是一種"機率"問題。

可惜的是,不同金屬的氧化所需要的條件各不相同也不存在類比性,但是總有一些雖不完全正確但是可以勉強參考的通則:

主要手段就是隔離氧分子,既然氧化是與氧分子的結合,那麼沒有氧分子存在的場合當然就沒有氧化能夠發生的條件了,從化學角度來說就是不要讓金屬材料接觸任何化學組成帶有O(氧分子)的物質,這一原則可以細分如下~

A. 用塗料、潤滑油脂等等適當成分隔離表面與空氣的接觸,這是最簡單也最容易做到的,因為空氣中就有氧(O2)的存在,金屬光是暴露在空氣中就有氧化的可能性,所以隔離空氣中的氧是必要的基本。

像汽車板金表面薄薄幾層塗裝就可以讓鐵板撐上十幾、二十年以上,是C/P值最高的選擇。
B. 遠離酸鹼溶液,因為幾乎所有酸鹼性溶液都帶有氧分子,能夠與多數金屬發生強烈的氧化還原反應。
C. 遠離任何液體,因為氧化還原反應伴隨電子與離子狀態的金屬的移動,而金屬離子只有在液體中才能自由游動。,沒有液體金屬離子就無法移動,氧化還原反應也無從發生。

By 紅月設計團
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