金屬腐蝕法的奈米製造加工技術
鈍化金屬後的結果常常會有一些令人意想不到的驚喜，中興大學汪俊延教授的研究發現，純鎂金屬浸泡在含有三價鐵離子的碳酸水溶液中，在適當的化成處理時間下，可以得到鐵鎂雙層氫氧化物的前驅體，利用此種表面處理方法可以在鎂合金表面生成一層具軟磁性的導磁層，此導磁層是由具軟磁性之鐵顆粒及鎂鐵雙層氫氧化物所構成，若延長化成時間則會得到如圖二所示的影像，因為金屬鎂的還原電位較低(-2.372 VSHE)，溶液中的鐵離子還原電位較高(-0.447 VSHE)，此溶液系統下會有膠結反應(Cementation Reaction)發生，圖二的例子則是在金屬鎂上生成一朵四重對稱的花瓣，細看花瓣的生成結構會發現每個花瓣都由鐵的奈米晶粒所構成。
本研究發現在AZ91D鎂合金上進行鈰鹽化成處理時，鈰鹽鈍化皮膜會在局部生成海綿狀的結構（如圖三(a)之右上角所示），再經由圖三(b)及EDS分析後發現，這些海綿狀的皮膜主要是由鎂的氫氧化物所構成，海綿狀的結構由一個一個奈米片所構成，而這些海綿狀的氫氧化物大多生長在AZ91D鎂底材的β相(Mg17Al12)上，因為在化成期間AZ91D的α和β兩相會生成局部伽凡尼腐蝕，因為α相較活潑，所以α相溶出鎂離子的程度較劇烈，而氧化反應所丟出的電子再由β相上發生還原反應，所以這些海綿狀的氫氧化物才會傾向在AZ91D的β相上生成。
圖三、(a)AZ91D進行鈰鹽化成處理後的表面形貌及(b)其奈米片組成的海綿狀結構
台灣科技大學王朝正教授則是將430不銹鋼原材在750˚C環境下進行含有500 vppm的氯化鈉流動空氣中進行高溫腐蝕，49小時後的影像如圖四所示，由圖四上方較小倍率觀察中發現，430不銹鋼原材在高腐蝕後會有針狀的結構產生，若進一步放大針狀結構觀察，則可以發現這一根一根的針狀結構都是由像蝸牛觸角般的針所構成，這些衝破底層氧化層的蝸牛觸角是氧化鐵的鬚晶。
和圖四類似， 但是不相同的狀況也發生在碳鋼或不銹鋼的塵化上，金屬塵化是一種材料在高碳勢的高溫環境下發生破壞，成功大學蔡文達教授將304L不銹鋼暴露在高溫高碳勢的環境下，造成塵化的影像如圖五所示，金屬塵化後會有一根一根的結構散佈在金屬表面上，經TEM分析後可以發現塵化後的金屬變成大小約為數十奈米的奈米碳管，而這些奈米碳管在HRTEM的觀察下是由層間間距約0.34 nm石墨結構所構成。
奈米金屬腐蝕產物
如圖一所示，大部分的金屬在酸性水溶液中、較高電位時是以金屬離子形式存在；在pH值較高的水溶液中則是以金屬氧化物的形式存在，所以金屬在酸性水溶液中腐蝕後，常會生成金屬氫氧化物鈍化層。以鎂為例，氫氧化鎂的成核與成長和[Mg2+][OH-]2的值有關，也就和氫氧化鎂析出的過飽和溶解度積有關。控制過飽和度即可控制腐蝕產物的形貌，另外，腐蝕產物的成長必須源源不絕持續供應反應性的金屬離子，擴散控制下所成長出的金屬氫氧化物容易形成分岐結構(Ramified Structure)。在電鍍製程中，超過極限電流密度時，鍍層也會以分岐狀結構成長，形成樹枝狀或粉末狀結構。
圖一、鎂在25˚C水溶液中的電位-pH值圖
奈米氫氧化鎘和氧化鋅也可以在甲醯胺水溶液系統中製備，其成核成長機制類似氫氧化銅和氫氧化鎂。甲醯胺扮演促進金屬基材溶出和提供配位體錯合金屬離子的角色，氫氧化鎘的形貌在成核初期呈現獨特的奈米三角柱(Nanotripods) 結構，在較長時間成長後，則呈類似現金字塔形貌(Pyramid-like Morphology)。有別於上述的金屬氫氧化物系統，浸漬於65˚C甲醯胺水溶液，鋅基材生成的腐蝕產物是氧化鋅而不是氫氧化鋅，這與氫氧化鋅的脫水溫度約為50˚C有關，另外，此氧化鋅也被認為是從Zn(II)-HCONH2錯合物在65˚C熱分解所生成。
選擇性去合金
去合金化腐蝕(De-alloying Corrosion)是合金腐蝕的一種型式，主要是在腐蝕環境下，合金中的某種組成優先受到腐蝕溶解。例如黃銅的脫鋅(Dezincification)為黃銅中的鋅優先溶蝕，又例如鑄鐵中的鐵基優先溶解後，留下富含石墨的結構。近年來以去合金法製備具奈米孔洞金(NanoPorous Gold; NPG)引發高度關注，因為此NPG具有高達……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：蘇香宇、林招松 / 國立台灣大學
★本文節錄自「工業材料雜誌314期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10887