化學剝除法及 ICP 定量分析

為了鑑定合金層組成以及評估合金層內鋅的含量，本研究使用化學剝除法並 以恆電位儀紀錄電位以及時間變化。利用不同合金相或是陰陽極面積效應造成的 腐蝕速率以及腐蝕電位的差異，在監控電位以及時間下，可以推估不同鈍化皮膜 合金層內鋅鐵含量的差異。圖 4- 16 為不同實驗參數沃斯田體化處理 5 分鐘後開 路電位量測結果。如圖 4- 17 所示，由於鋅的電極電位低於鐵，當鋅鐵金屬接觸 時，鋅被活化而鐵受到陰極保護。因此，合金層內的富鋅區域會優先氧化。此外，

陰陽極間的相對面積比會影響其伽凡尼行為(Galvanic Behavior)。如圖 4- 18 所 示，隨著鋅鐵面積比值的上升，其開路電位下降而交換電流上升[64]。因此，可 以透過開路電位量測評估合金層內的鋅含量。

從圖 4- 16 的結果可以發現，各參數試片的開路電位值一開始會先下降，其 是由於表面氧化物在酸性溶液下的溶解使底材露出造成開路電位的下降。而隨著 化學剝除法的進行，表面富鋅區域優先溶出造成鋅鐵面積比的下降，故可以看到 開路電位隨著時間逐漸上升。而當化學剝除至SGC400 底材時，可以發現其開路 電位為一固定值，即圖 4- 16 中-0.45V 處的平台。由開路電位量測的結果可以發 現，相較於GI 以及 S，AlS 試片到達底材平台花費的時間較長。與 SEM 橫截面 結果相對應，證明AlS 的合金層確實相較於另外兩組參數來的厚。而在同樣的剝 除時間下，AlS 參數的開路電位值明顯低於其他參數，證明硝酸鋁前處理確實可 以保留較多的鋅於合金層內，進而提升後續使用上的抗蝕能力。

圖 4- 16 以 4wt%的 HCl 溶液在 25℃下，對沃斯田體化 5 分鐘的試片做開路電 位量測

圖 4- 17 在酸性溶液下鋅對鐵陰極保護的動力學解釋[64]

圖 4- 18 在酸性溶液下，陰陽極面積比例對於鋅鐵接觸區腐蝕速率之影響[64]

為了定量討論合金層內的鋅鐵成分，在化學剝除至底材平台時，即圖 4- 16 中1000 秒的實線以及 1400 秒的虛線處，取出 1mL 的腐蝕溶液送測 ICP-MS，其 結果如表 4- 6 所示。

透過ICP-MS 測定的結果可以計算得到單位鋅含量以及鋅層厚度。ppm 為百 萬分率，以重量表示為mg/kg。而由於本次腐蝕溶液密度測量結果(≅1.008g/cm³) 接近1.0g/cm³。故ppm 又可以表示為 mg/L。透過式 4- 6 的計算可以得到單位面

從表 4- 6 的結果可以發現各參數的單位面積鋅含量都很接近中國鋼鐵公司 所提供的鍍層鋅含量60g/cm³，代表ICP-MS 數據具有可信度。理論上在高溫處 理後鋅含量由於液態相氣化的效果應該略低於原本未高溫處理的試片，然而，

本實驗的單位鋅含量皆落在60±10g/cm³的範圍內，其差異有可能是來自於底材 原本鋅層厚度的差異，故討論各參數單位鋅含量的差別可能使分析結果失真。

因此，本實驗著重於討論各參數間鐵鋅比例的差異。

ICP-MS 的結果證明 AlS-5 的試片具有最高的鋅鐵比，其結果與開路電位結 果相符。而除了鋅層本身厚度的差異外，氧化鋅也會造成ICP 判讀上的誤差。

氧化鋅的溶解會貢獻金屬鋅濃度，但其並不會增加合金層的陰極保護效果，造 成鋅鐵比的高估。經過前面討論可知，GI-5 以及 S-5 參數的氧化程度較 AlS-5 來的嚴重，代表GI 以及 S 參數鋅鐵比高估的量高於 AlS。在此前提下，AlS-5 仍具有最高的鋅鐵比證明AlS 保留最高的鋅含量於合金層內。