JP2010025560A

JP2010025560A - 金属材料の耐食性評価方法

Info

Publication number: JP2010025560A
Application number: JP2008183342A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Takahashi; 克仁高橋; Kazumi Fujii; 和美藤井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】
防錆処理を施したアルミニウムやアルミニウム合金の耐食性を短期間で適正に評価することを目的とする。
【解決手段】
（Ａ）塩分を付着させる工程であって、塩分として塩化物イオンを０.１〜１００００ｍｇ／ｍ²の範囲で試験片に付着させる工程と、（Ｂ）乾燥状態と湿潤状態を繰り返す工程であって、温度２０℃〜６０℃，相対湿度３０％〜７０％のうちの一定温湿度，保持時間１秒〜２４時間とする乾燥状態と、温度０℃〜４０℃，相対湿度８０％〜９８％，保持時間１秒〜２４時間とする湿潤状態を行うことを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返す工程とを有し、（Ａ）の工程と（Ｂ）の工程とを１回または複数回繰り返す金属材料の耐食性評価方法にある。
【選択図】図１

Description

本発明は大気腐食環境で使用されるアルミニウムおよびアルミニウム基合金の耐食性評価方法、またこれらの金属材料に付される防錆処理の評価方法に関する。

アルミニウムやアルミニウム合金は、必要に応じて陽極酸化処理，化成処理，めっき等の防錆処理をして、電子機器，家電品（冷蔵庫，エアコン，洗濯機等），通信機器，輸送機器（自動車，列車等）等に使用される。近年、防錆処理材の皮膜中に含有される６価クロムが人体の健康に悪影響を及ぼす疑いがあるという理由から、６価クロムを使用しない防錆処理が開発され実用化されている。６価クロムを使用しない新しい防錆処理を施した材料では使用実績が短く、長期間の耐食データが無い。

新しい防錆処理の大気腐食環境中の耐食性を評価し、最適な処理を選択するための評価手法として、塩水噴霧試験（ＪＩＳＺ２３７１）や、長期間の大気暴露試験等、従来より知られていた試験法が使用されている。

塩水噴霧試験は短期間に耐食性を評価できるが、付着塩分量が大きく、湿度が高い環境下の試験であり、実際の腐食環境を再現しているわけではなく、評価結果が実環境での耐食性と異なることがある。

また、大気暴露試験は、環境が実環境そのものであり、実環境の大気腐食についての知見を得ることができるが、大気暴露試験は機器の寿命以上の長い試験期間を要する。従って、機器の設計を行うため、寿命を短期間で予測できる評価方法が必要である。

特開２００４−７７２６０号公報（特許文献１）は、塩分付着後に温度４０〜６０℃，相対湿度４０％以下，保持時間２〜１２時間の乾燥状態と、温度２０〜６０℃，相対湿度８０〜９６％，保持時間２〜１２時間の湿潤状態を繰り返す試験法が提案されている。この方法は、実環境との相関性が高く、比較的短期間で耐食性を評価できる方法である。

特開２００４−７７２６０号公報

アルミニウムおよびアルミニウム合金では表面に耐食性の良好な酸化皮膜が形成され、アルミニウムおよびアルミニウム合金の耐食性に影響を及ぼす。この酸化皮膜の、形成のされ易さは、少なくとも３０℃〜６０℃の温度範囲で変化する。よって、アルミニウムおよびアルミニウム合金に関しては、耐食性評価方法の温度を実環境とかけ離れた温度に設定することは、実環境と異なった腐食形態になり、耐食性の判断を誤るおそれがある。

特許文献１は、この方法は表面処理鋼板を対象としており、試験温度を亜鉛が鉄に対して犠牲防食をする６０℃以下としている。よって、この方法はアルミニウムやアルミニウム合金の耐食性を評価するものではない。

そこで、防錆処理の耐食性の優劣評価や使用環境での寿命の推定は、実環境と相関のある方法によっておこなわれなければならない。

本発明は、防錆処理を施したアルミニウムやアルミニウム合金の耐食性を短期間で適正に評価することを目的とする。

（１）本発明は、下記（Ａ）の工程と下記（Ｂ）の工程とからなる工程を１回または複数回繰り返して金属材料の耐食性評価方法を特徴としている。
（Ａ）塩分を付着させる工程であって、塩分として塩化物イオンを０.１〜１００００ｍｇ／ｍ²の範囲で試験片に付着させる工程。
（Ｂ）乾燥状態と湿潤状態を繰り返す工程であって、温度２０℃〜６０℃、相対湿度３０％〜７０％のうちの一定温湿度、保持時間１秒〜２４時間とする乾燥状態と、温度０℃〜４０℃、相対湿度８０％〜９８％、保持時間１秒〜２４時間とする湿潤状態を行うことを１サイクルとし、このサイクルを複数回繰り返す工程。
（２）本発明は、（１）の耐食性評価方法における金属材料は、アルミニウム，アルミニウム基合金およびそれらに防錆処理を施した材料であることを特徴としている。
（３）本発明は、（１）〜（２）における耐食性評価方法をおこなう装置であることを特徴としている。

本発明によれば、金属材料、特にアルミニウムやアルミニウム合金の大気腐食環境中における腐食形態を再現できる。よって、アルミニウムやアルミニウム合金に施す防錆処理の優劣を適正に評価でき、防錆処理の選定に役立つ。

図１は本発明の工程を示す図である。本発明による耐食性評価方法は、（Ａ）塩化物イオンを付着させる工程と、（Ｂ）湿潤と乾燥とそれらの移行を１サイクルとしてこれを複数回行う工程とからなる。

（Ａ）の工程において、塩分の付着方法は特に限定されず、塩水浸漬，塩水噴霧，塩水滴下等の方法にて付着させる。使用する塩水には、人工海水や塩化ナトリウム水溶液を用いる。塩分の付着量は０.１〜１００００ｍｇ／ｍ²の範囲であって、想定される環境に応じて付着塩分量を選定する。付着塩分量を実環境よりも大きくすることにより、腐食を促進可能であるが、大きくしすぎると、実環境の結果と異なることがある。そこで、付着塩分量を２つ以上の水準に設定して試験するとなお良い。

図２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である材料Ｘ，Ｙ，Ｚの、付着塩分量と腐食の程度との関係を模式的に表した図である。付着塩分量ｘ，ｙ，ｚにおいて、腐食の程度の序列が入れ替わっている。このように、実環境とかけ離れた付着塩分量では耐食性評価の判断を誤るおそれがある。一方で、付着塩分量を２つの水準に設定して試験をすることにより、材料の耐食性の特性を調べることができる。

（Ｂ）の工程において、乾燥状態は日中の高温乾燥状態を、湿潤状態は夜間の結露状態を模擬している。実環境下では、相対湿度は、露点温度を一定として温度変化に相応して変化することから、乾燥状態及び湿潤状態は露点温度一定とする。さらに、乾燥状態から湿潤状態への移行および湿潤状態から乾燥状態への移行も、露点温度一定にして行う。

（Ｂ）の工程は、恒温恒湿槽を使用しておこなう。乾燥状態では、温度の範囲を２０〜６０℃とし、想定される環境の最高温度と同等の一定温度に設定する。また、大気腐食環境の乾燥期間での相対湿度は３０〜７０％であるため、乾燥状態では相対湿度を３０〜７０％の一定湿度とする。さらに、乾燥状態では、保持時間を０.０１ｓ〜２時間とする。

湿潤状態では、温度範囲０〜５５℃のうちの一定温度に設定する。

また、湿潤では、相対湿度を８０〜９８％の一定湿度とする。相対湿度８０％以上では、海塩の主成分の１つである塩化ナトリウムが湿分を吸着して溶解し、水膜を形成する。さらに湿潤状態では、保持時間を０.０１ｓ〜２時間とする。

図３は露点温度一定の条件を結んだ線図である。縦軸は温度を、横軸は相対湿度を表している。湿潤の温度および相対湿度は、乾燥での温湿度条件での露点温度と同一にし、誤差を±５℃以内にする。図３にて、露点温度２０℃の条件を選定した場合は、例えば、乾燥状態を温度３５℃、相対湿度４０％ＲＨとし、湿潤状態を温度２２℃、相対湿度９５％とする。

（Ｂ）の工程では、湿潤と乾燥とそれらの移行のサイクルを所定回数繰り返す。（Ｂ）の工程の後、再び（Ａ）の工程に供する。（Ａ）の工程では水洗して塩分を除くか、塩分を除去せずに、新たに塩分を付着させ、試験を繰り返す。

図４は、３.５％人工海水中におけるアルミニウム合金の分極曲線を示す図である。分極曲線は、腐食電位を起点に、電圧を正の方向に走査し、その電位での電流を測定して得た。分極曲線は、３０℃〜６０℃の範囲で人工海水の温度を変えることにより異なった。

３０℃における分極曲線１１は、液温を３０℃にして測定した場合の分極曲線である。電位を正の方向に走査すると同時に、急激に電流が増加した。

４０℃における分極曲線１２は、液温を４０℃にして測定した場合の分極曲線である。電流を正の方向に走査しても電流が増加しない領域である不働態領域がみられた。不働態域がみられたことは、４０℃では保護性のある不働態皮膜が形成されやすいと考えられる。

６０℃における分極曲線１３は、液温を６０℃にして測定した分極曲線である。６０℃での不働態領域は、４０℃と比較して大きかった。

このように、温度により不働態領域の有無や程度が異なり、耐食性も変化すると考えられる。また、腐食形態も異なると考えられる。よって、試験温度の設定は最高温度を上限として決定するのが好ましい。

図５は、電気化学的な方法によりアルミニウム合金の腐食速度を測定した結果である。縦軸は腐食速度を横軸は時間を表している。腐食速度は湿潤状態で大きく、乾燥状態では小さかった。また、湿潤から乾燥へ移行する間に腐食速度が増加する現象がみられた。この現象は、乾湿繰り返しの周期が短い場合の方が周期の長い場合よりも顕著であり、試験の促進効果が大きい。

実施例１として、本発明の評価方法により、純アルミニウム系の材料である材料Ａ、アルミニウムダイカスト合金である材料Ｂ、アルミニウム合金展伸材の材料Ｃについて耐食性を評価した。試験条件は以下のように決定した。ある塩害地域では、年間の最高気温が概ね３５℃であったことから、乾燥状態の設定温度を３５℃とした。さらにこの地域での一日の最低の相対湿度は概ね４０％ＲＨであったことから、乾燥の相対湿度を４０％ＲＨとした。よって、本実施例の露点温度は、およそ２０℃である。この地域では、夜間に結露現象がみられることから、湿潤での相対湿度を９５％ＲＨとした。露点温度はおよそ２０℃であることから湿潤状態の温度を２０℃とした。

図６に本実施例の温湿度サイクルを示す。乾湿繰り返し工程は、乾燥状態および湿潤状態の時間を３ｈ、乾燥から湿潤への移行時間および湿潤から乾燥への移行時間を１ｈとし、周期を８ｈとした。塩分付着は人工海水を霧状に噴霧しておこなった。この地域の付着塩分量が１ｇ／ｍ²であったことから、付着塩分量は、１ｇ／ｍ²とした。具体的には、濃度３.５％の人工海水を３０ｇ／ｍ²だけ付着させた。また、付着塩分量を４ｇ／ｍ²とした条件についてもおこなった。

試験片には、アルミニウムおよびアルミニウム合金の板を７０×７０mmの形状にしたものを使用して、片面を評価面とした。

乾湿繰り返し工程は、１週間に２回の頻度で一時休止し、塩分付着工程をおこなった。塩分付着工程では、試験片を純水により洗浄し、再び塩分を付着し、乾湿繰り返しを再開した。これを４２日間継続した。

試験実施により、試験片には白色の腐食生成物からなる腐食が生成した。材料Ａは、表面の金属光沢が鈍化した。また、所々に大きさが２〜５mm程度の白色の腐食生成物からなる腐食が観察された。材料Ｂでは、白色の腐食生成物からなる高密度で微小な腐食が観察された。材料Ｃでは材料Ａと同様の腐食形態であった。これらは実環境での結果と一致していた。

腐食が発生した領域の試験片評価面に占める割合を測定した。また、白色の腐食生成物をＪＩＳＺ２３７１の方法により除去した後、光学顕微鏡を使用して孔食深さを求めた。その結果、材料Ｂが最も腐食が進行しており、続いて、材料Ｃ，材料Ａの順で腐食が進行していた。この耐食性の優劣関係は、実環境の結果と一致していた。よって、本発明により、アルミニウムおよびアルミニウム合金の大気腐食環境にける耐食性を短期間で適正に評価できた。なお、従来の促進試験法では腐食形態や材料間の耐食性の優劣が実環境の結果と異なっていた。

促進率を高めるため、乾湿繰り返しの周期を短くした。図７に本実施例の温湿度サイクルを示す。温湿度条件は実施例１と同一で、乾燥および湿潤の時間は１ｈ、乾燥から湿潤への移行時間および湿潤から乾燥への移行時間を１ｈとし、周期を４ｈとした。このように、促進率を高めた場合であっても、上記実施例１と同様にアルミニウムおよびアルミニウム合金の大気腐食環境における耐食性を適正に評価できた。

実施例３として、本発明の評価方法により、アルミニウムダイカスト合金である材料ａ、材料ａに陽極酸化処理を施した材料ｂ、材料ａに金属メッキをした材料ｃ、材料ａに化成処理を施した材料ｄについて耐食性を評価した。試験条件は以下のように決定した。ある塩害地域では、年間の最高気温が３５℃であったことから、乾燥状態の設定温度を３５℃とした。さらにこの地域での一日の最低の相対湿度は概ね５５％ＲＨであったことから、乾燥の相対湿度を５５％ＲＨとした。よって、本実施例の露点温度は２０℃である。この地域では、夜間に結露現象がみられることから、湿潤状態での相対湿度を９５％ＲＨとした。本実施例での露点温度が２０℃であることから、湿潤状態の温度を２６℃とした。この地域では、夜間の結露する時間が継続する反面、昼間の相対湿度が５５％になる時間は一時的である。図８に本実施例の温湿度サイクルを示す。本実施例では、湿潤の時間は１.８ｈ、乾燥の時間を０.２ｈとした。乾燥から湿潤への移行時間および湿潤から乾燥への移行時間を１ｈとし、周期を４ｈとした。乾湿繰り返し工程や塩分付着工程は、実施例１と同様の手順でおこない、試験を４２日間継続した。

試験実施により、材料ａでは、白色の腐食生成物からなる高密度で微小な腐食が観察された。材料ｂでは顕著な腐食は確認されなかった。材料ｃでは所々に大きさが２〜５mm程度の白色の腐食生成物からなる腐食が観察された。材料ｄでは、材料ａほどではないが、白色の腐食生成物からなる高密度で微小な腐食が観察された。これらは実環境での結果と一致していた。なお、従来の促進試験法では腐食形態や材料間の耐食性の優劣が実環境の結果と異なっていた。

実施例１と同様の方法により腐食量を求め、その結果、材料ａが最も腐食が進行しており、続いて、材料ｄ，材料ｃ，材料ｂの順で腐食が進行していた。この耐食性の優劣関係は、実環境の結果と一致していた。よって、本発明により、アルミニウムおよびアルミニウム合金の大気腐食環境にける耐食性を短期間で適正に評価できた。

実施例４として、本発明の評価方法により、純アルミニウム系の材料である材料Ａ，アルミニウムダイカスト合金である材料Ｂ，アルミニウム合金展伸材の材料Ｃについて耐食性を評価した。試験条件は以下のように決定した。アルミニウム合金を使用したある電気機器の使用環境は、２４時間周期で乾湿を繰り返し、最高気温が６０℃になる、そこで乾燥状態の設定温度を６０℃とした。さらにこの地域での一日の最低の相対湿度は概ね３５％ＲＨであったことから、乾燥の相対湿度を３５％ＲＨとした。よって、本実施例の露点温度は４０℃である。この環境では、夜間に結露現象がみられることから、湿潤での相対湿度を９５％ＲＨとした。実施例１とは温度範囲が大きく異なる。図９に本実施例の温湿度サイクルを示す。本実施例では、湿潤の時間は３ｈ、乾燥の時間を３ｈとした。乾燥から湿潤への移行時間および湿潤から乾燥への移行時間を１ｈとし、周期を８ｈとした。乾湿繰り返し工程や塩分付着工程は、実施例１と同様の手順でおこない、試験を４２日間継続した。

試験実施により、試験片には白色の腐食生成物からなる腐食が生成した。材料Ａは、大きさが１mm未満の微小な腐食が高密度に観察された。健全部と変色した部分との境界が明瞭であった。材料Ｂでは、白色の腐食生成物からなる高密度で微小な腐食が観察された。材料Ｃでは、所々に大きさが２〜５mm程度の白色の腐食生成物からなる腐食が観察された。これらの腐食形態や耐食性の優劣関係は実環境での結果と一致していた。なお、実施例４は、実施例１とは温度範囲が大きく異なるため、実施例１の腐食形態や材料間の耐食性の優劣関係は異なっていた。

本発明は大気腐食環境における耐食性を評価する技術に関する。

本発明の工程を示す図。腐食促進試験法の付着塩分量と腐食の程度との関係を表した図。露点温度を示す図。人工海水中におけるアルミニウム合金の分極曲線を示す図。アルミニウム合金の腐食速度を測定した例を示す図。本発明の温湿度サイクルの一例を示す図（その１）。本発明の温湿度サイクルの一例を示す図（その２）。本発明の温湿度サイクルの一例を示す図（その３）。本発明の温湿度サイクルの一例を示す図（その３）。

符号の説明

１１３０℃における分極曲線
１２４０℃における分極曲線
１３６０℃における分極曲線

Claims

金属材料に塩分を付着させる工程と、前記塩分を付着させた金属材料を乾燥状態で保持する工程と、前記乾燥状態で保持した金属材料を湿潤状態で保持する工程とを有し、前記乾燥状態で保持する工程及び前記湿潤状態で保持する工程とを複数回繰り返し、前記工程を経た金属材料より耐食性を評価する耐食性評価方法であって、
前記塩分を付着させる工程は、金属材料に塩化物イオンを０.１〜１００００ｍｇ／ｍ²付着させる工程であって、前記乾燥状態で保持する工程は、温度２０℃〜６０℃，相対湿度３０％〜７０％で保持時間１秒〜２４時間の条件であり、前記湿潤状態で保持する工程は、温度０℃〜５５℃，相対湿度８０％〜９８％，保持時間１秒〜２４時間の条件であることを特徴とする耐食性評価方法。
請求項１に記載された耐食性評価方法であって、
前記金属材料はアルミニウム，アルミニウム基合金であることを特徴とする耐食性評価方法。
請求項１または２に記載された耐食性評価方法であって、前記金属材料は表面に防錆処理層を有することを特徴とする耐食性評価方法。