首先描述一下成为基础锈的特征,为了描述大气中所生成锈的特征,X射线衍射是最方便而有效的方法。大气中生成的铁锈用X射线衍射测定,其主要成分是a-FeOOH(针铁矿)和γ-FeOOH(纤铁矿)的碱式氢氧化铁及Fe3O4(磁铁矿)。除此之外,还存在20%~75%X射线非晶质(无定形)锈(参照卷末资料3、表1)。
由于大气环境不同,这些成分的含量不同。工业地区Fe3O4少,α及γ的FeOOH多。在SO.形成硫酸起作用的环境里,认为促进了从γ-FeOOH向α-FeOOH的变态。临海地区Fe3O4多,除了α及γ的FeOOH外,通过氯化物离子的作用生成β-FeOOH(赤金矿)。
1967年(昭和42年),冈田等认为在邻接耐候钢锈层的基体部位生成了连续性好的非晶质层,它的连续性比碳素钢好,具有优秀的耐候性。从那以后,铁锈中的非晶质成分成为了在论述耐候钢锈上的中心内容。冈田等根据恒电流在还原这种成分时,Fe3O4同样能在-930~-950mV(SCE)被还原的事实,认为它是X射线非晶质的尖晶石型氧化物。
以后确立了使用红外线光谱、拉曼光谱等进行锈的解析方法,有很多人研究过非晶质锈的结构。例如,1974年(昭和49年),三泽等用红外线光谱法确定非晶质的锈是无定形碱式氢氧化铁FeO,(OH)2-3x(x=0.4);1983年(昭和58年),Keiser等用拉曼光谱法把它定为8-FeOOH.关于这些问题将在2.3.4节详细叙述。
本章想要提出的问题不是锈特性描述的本身,而是能赋予耐候钢特征的锈是哪种锈,有效添加元素的作用是什么,怎样生成的?关于这些问题在下一节涉及,关于非晶质的锈也将在2.3.4节叙述,然而有关铁锈的种类或生成过程的更广泛的研究成果,因为已有三泽执笔的优秀总论,请参考书后的资料4。如三泽等所指出的那样,只要用X射线衍射或红外线光谱法进行检验,所鉴定的物质耐候钢和碳素钢在本质上是相同的,不能够成为表示前者有优秀耐候性结构的证据。能够成为证据的是内层锈的连续性,在这方面发现两者有很大的差异。
另一方面,在分析锈中含有的元素时,耐候钢的锈中当然含有添加的合金元素。可是,Copson 把含有最大0.5%Cu的钢及含有最大3.23%Ni的钢在工业地区经过1~3年暴晒试验后的锈进行化学分析的结果,以及松岛等把耐候钢在工业地区经过1年暴晒试验后的锈进行化学分析的结果表明,无论浮锈或黏附锈在平均成分范围内合金元素对铁的浓度比与基体铁相同,没有发现浓缩。冈田等把工业地区经过5年暴晒的耐候钢锈层断面用EPMA 进行面分析及线分析的结果证明,Cu、Cr、P在外层几乎不存在,反而存在于内层的非晶质层中,其浓度既有与基体铁相同的部位,也有高于基体铁的部位。最近三泽等研究了在工业地区经过26年暴晒的耐候钢,其内层浓缩元素只有铬。
合金元素在锈中浓缩,其浓度高于基体铁,这一说法是被普遍认同的,虽然对于致密锈还不能断言,然而一般认为与外层锈相比多存在于非晶质锈中,并认为它们对非晶质锈的形成做出了某种贡献。因为非晶质锈在碳素钢中也有同样程度的生成,所以认为与其说生成非晶质锈还不如说对连续锈层的形成起了作用更为妥当.关于该问题将在进行叙述。