腐食の主な種類は何ですか?

金属の腐食は自然なプロセスであり、建設、輸送からエレクトロニクス、インフラに至るまで、ほぼすべての業界に影響を与えます。腐食を放置すると、構造上の欠陥、安全上の危険、および巨額の経済的損失につながる可能性があります。 National Association of Corrosion Engineers (NACE) によると、世界の腐食コストは年間約 2 兆 5,000 億ドルに達しており、これは世界の GDP の約 3 ～ 4% に相当します。その重大な影響を考えると、さまざまなタイプの腐食を理解することは、エンジニア、製造業者、および金属を扱うすべての人にとって不可欠です。

この記事では、 金属腐食、それが発生する理由、存在するさまざまなタイプ、およびそれを防ぐ方法を探ります。対処しているかどうか 応力腐食割れ, 孔食、 または 電気腐食, このガイドでは、この蔓延する問題に対処するために役立つ包括的な概要を提供します。

金属腐食とは何ですか?

金属腐食は、金属とその環境の間の化学的または電気化学的反応であり、金属が徐々に劣化します。本質的に、これは金属が自然のより安定した状態に戻り、多くの場合、酸化物、水酸化物、または硫化物を形成するプロセスです。たとえば、鉄が酸素および水分と反応すると、一般に錆として知られる酸化鉄が形成されます。

腐食は鉄や鋼に限定されません。アルミニウム、銅、亜鉛、ニッケルなど、事実上すべての金属に影響を与えます。ステンレス鋼などの一部の金属は腐食に耐えるように特別に設計されていますが、完全に腐食を免れる材料はありません。金属腐食の速度と程度は、金属の種類、環境条件、水、塩、酸などの腐食剤の存在などの要因によって異なります。

なぜ金属は腐食するのでしょうか?

金属腐食の根本原因は、精製された形状における金属の固有の不安定性にあります。ほとんどの金属は鉱石から抽出され、安定した結合形態で存在します。純粋な金属に精製されると、熱力学的に不安定になり、酸化または還元反応によって自然に元の状態に戻る傾向があります。

金属が腐食する主な理由には次のようなものがあります。

1. 湿気への暴露: 水は電解質として機能し、腐食を引き起こす電気化学反応を促進します。

2. 酸素: 酸素は金属と反応し、酸化物の形成を引き起こします (鉄の錆など)。

3. 塩と化学物質: 塩水、酸、その他の化学物質は、電解質の導電率を高めることによって腐食プロセスを加速します。

4. 温度: 温度が高くなると化学反応が加速され、腐食速度が速くなります。

5. ストレスと緊張: 機械的ストレスにより保護酸化層が弱まり、金属が腐食しやすくなる可能性があります。

金属が腐食する理由を理解することは、それを緩和または防止するための最良の戦略を特定するために重要です。

最も一般的な金属腐食の種類は何ですか?

腐食は、金属、環境条件、材料にかかる応力に応じてさまざまな形で現れます。以下に最も一般的なタイプを示します 金属腐食、その原因と影響についても説明します。

1. 応力腐食割れ

応力腐食割れ（SCC） 腐食環境で金属が引張応力を受けると発生します。このタイプの腐食は、重大な事前警告なしに突然の壊滅的な故障につながる可能性があるため、特に危険です。 SCC はステンレス鋼やアルミニウム合金などの高強度合金に影響を与えることが多く、航空宇宙、化学処理、発電などの業界でよく見られます。

主な特徴:

• 応力と腐食の相互作用により、小さな亀裂が形成され、伝播します。

• 多くの場合、塩化物、アンモニア、または硫化水素を含む環境で発生します。

防止：

• 適切な設計により引張応力を軽減します。

• 耐食性の高い材質を使用してください。

• 保護コーティングを施します。

2. 孔食

孔食 局所的な腐食で、金属表面に小さな穴や窪みが形成されます。これらのピットは深く浸透し、材料の構造的完全性を損なう可能性があります。ステンレス鋼、アルミニウム、その他の不動態金属は、塩化物や停滞水にさらされると特に孔食が発生しやすくなります。

主な特徴:

• 地表下で発生するため発見するのは困難です。

• 金属の残りの部分が無傷であるように見えても、急速な故障につながる可能性があります。

防止：

• 水の滞留を避けるために適切な排水を確保してください。

• 阻害剤または陰極防食システムを使用してください。

• 定期的な検査を維持してください。

3. エロージョン・コロージョン

エロージョン・コロージョン 金属の保護酸化物層が、流れる液体または気体によって機械的に摩耗されるときに発生します。このタイプの腐食は、高速流体が存在するパイプライン、タービン、熱交換器でよく見られます。

主な特徴:

• 流体内の乱流または研磨粒子によって加速されます。

• 金属表面に溝や丸い穴として現れます。

防止：

• 硬化合金などの耐浸食性の材料を使用してください。

• 流体の速度または乱流を低減します。

• 定期的に機器の清掃とメンテナンスを行ってください。

4.隙間腐食

隙間腐食 2 つの合わせ面の間の隙間やシールの下など、限られた空間で発生します。これらの領域には湿気や腐食剤が閉じ込められ、局所的な腐食が進行する環境が生じます。

主な特徴:

• ボルト接合、フランジ、ガスケットによく見られます。

• 隙間の酸素欠乏により発生します。

防止：

• 隙間を最小限に抑えるようにコンポーネントを設計します。

• 非腐食性材料で作られたガスケットとシールを使用してください。

• シーラントまたは保護コーティングを塗布します。

5. 選択的浸出

選択的浸出 合金から 1 つの元素を除去すると、脆弱な構造が残ります。たとえば、真鍮 (銅と亜鉛の合金) では亜鉛が浸出し、多孔質の銅構造が残ることがあります。これは「脱亜鉛」とも呼ばれます。

主な特徴:

• 腐食性環境、特に酸性またはアルカリ性溶液にさらされた合金で発生します。

• 目に見える損傷の兆候なしに材料を弱めます。

防止：

• 選択的浸出に耐えるように特別に設計された合金を使用してください。

• 保護コーティングを施します。

• 環境の pH を監視および制御します。

6. 均一な腐食

均一な腐食 最も一般的で予測可能なタイプの腐食です。これは金属の表面全体に均一に発生し、徐々に薄くなります。他のタイプほど危険ではないかもしれませんが、時間の経過とともに構造の完全性を損なう可能性があります。

主な特徴:

• 検出と測定が簡単です。

• 多くの場合、湿気、酸素、その他の大気条件への曝露によって引き起こされます。

防止：

• 定期的に保護塗料やコーティングを塗布してください。

• 腐食防止剤を使用してください。

• 陰極防食を採用してください。

7. 粒界腐食

粒界腐食 多くの場合、不適切な熱処理や特定の化学物質への曝露が原因で、合金の粒界に沿って発生します。ステンレス鋼は、不適切に溶接されたり、高温にさらされたりすると、特に影響を受けやすくなります。

主な特徴:

• 結晶粒界に沿って金属を弱め、亀裂や破損を引き起こします。

• 溶接用途で一般的です。

防止：

• 低炭素合金または安定化合金を使用してください。

• 高温に長時間さらさないでください。

• 溶接後の熱処理を適用します。

8. ガルバニック/バイメタル腐食

ガルバニック腐食バイメタル腐食とも呼ばれるこの腐食は、電解質の存在下で 2 つの異なる金属が電気的に接触すると発生します。活性の高い金属 (アノード) はより速く腐食しますが、活性の低い金属 (カソード) は保護されます。

主な特徴:

• 発生するには電解質（水など）が必要です。

• 腐食の速度は、ガルバニック系列における金属の相対位置に依存します。

防止：

• 同様の電気化学電位を持つ金属を使用してください。

• 金属の間に絶縁材を入れます。

• 犠牲陽極を使用します。

金属の腐食を防ぐために何ができるでしょうか?

金属腐食の防止 設計、材料の選択、メンテナンス戦略の組み合わせが必要です。最も効果的な方法をいくつか紹介します。

1. 保護コーティング:

• 塗料、粉体塗装、またはエポキシ層を塗布して金属を環境から保護します。

2. 耐食性材料:

• ステンレス鋼、アルミニウム、チタンなど、自然に耐腐食性のある材料を使用してください。

3. 陰極防食:

• 犠牲陽極または印加電流システムを利用して、腐食反応の方向を変更します。

4. 環境管理:

• 湿気、塩分、腐食性化学物質への曝露を減らします。

5. 定期メンテナンス:

• 金属コンポーネントを定期的に検査して洗浄し、腐食を早期に特定して対処します。

6. 阻害剤の使用:

• 化学反応を遅らせるために、液体またはコーティングに腐食防止剤を添加します。

結論

さまざまなタイプを理解する 金属腐食 その影響を管理し、防止するために重要です。応力腐食割れからガルバニック腐食まで、それぞれのタイプに特有の課題があり、それぞれに合わせた解決策が必要です。適切な材料、保護対策、メンテナンス方法を採用することで、腐食のリスクを大幅に軽減し、金属コンポーネントの寿命を延ばすことができます。

腐食は避けられないプロセスですが、知識と積極的な取り組みがあれば、その影響を軽減することができます。建設業、製造業、またはその他の金属関連産業に従事している場合でも、腐食防止への投資は、安全性、信頼性、コスト削減の面で有益です。

よくある質問

1. 最も一般的な金属腐食の種類は何ですか?
最も一般的なタイプは均一腐食です。これは金属表面全体に均一に発生し、予測と管理が比較的簡単です。

2. 電解腐食を防ぐにはどうすればよいですか?
電気腐食を防ぐには、同様の金属を使用するか、絶縁材を適用するか、犠牲陽極を設置します。

3. 金属腐食の影響を最も受けているのはどの業界ですか?
建設、石油・ガス、航空宇宙、自動車、船舶などの業界は、過酷な環境にさらされるため、金属腐食の影響を大きく受けています。

4. ステンレス鋼は腐食する可能性がありますか?
はい、ステンレス鋼は、特に塩化物を含む環境や、保護酸化層が消耗する高温にさらされた場合に腐食する可能性があります。

5. すべての金属は同じように腐食しやすいのでしょうか?
いいえ、アルミニウムやステンレス鋼などの一部の金属は、保護酸化層のおかげで腐食に強いですが、鉄のように腐食しやすい金属もあります。