JP2011033596A - 腐食試験方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この腐食試験方法は、導体10cの外周に絶縁層10iを具える電線10の端部に端子部材11が取り付けられた試料1を一対用意し、各試料1の端子部材11を離間して配置して電解質を含有する流体5に浸漬させ、この状態で、電源装置3により試料1に定電流を通電する。通電されることで両端子部材11間には、端子部材11間に介在された流体5を介してリーク電流が流れ、このリーク電流により、端子部材11が腐食する。通電は、端子部材11の露出面積に対して、電流値を0.19mA/mm2未満とし、電荷量が20C/mm2以下となる範囲の時間で行う。
【選択図】図1
Description
上記試料と電極材とを用意して、当該試料の端子部材と当該電極材とを離間して配置する工程。
上記試料の端子部材と上記電極材との間に、電解質を含有する流体を介在させた状態を維持しながら、当該試料の端子部材と当該電極材との間に電流が流れるように、上記試料と上記電極材とに定電流を通電する工程。特に、この通電は、電流値を0.19mA/mm2未満とし、電荷量が20C/mm2以下となる範囲の時間で行う。そして、上記通電後、上記試料の端子部材の腐食状況を評価する。
[試料]
本発明腐食試験方法に適用する試料は、導体の外周に絶縁層を具える電線と、この電線の端部に取り付けられた端子部材とを具える端子付き電線とする。このような端子付き電線として、代表的には、自動車や飛行機、産業用ロボットなどのワイヤーハーネスに用いられるものを利用することができる。即ち、試料は、ワイヤーハーネスなどに実際に使用する電線や端子部材と同様な仕様(材質、大きさ(線径や厚さなど)、形状など)のものを用いることができ、電線や端子部材の仕様は特に問わない。所望の電線や端子部材を模した試料を別途作製して利用してもよい。導体や端子部材の材質には、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金などが挙げられる。端子部材を構成する銅合金は、黄銅や、Cu-Sn-Fe-P系合金、Cu-Ni-Si系合金が代表的である。黄銅からなる端子部材を試料の構成要素に利用する場合、本発明により、脱亜鉛腐食の状態を調べられる。電線の導体には、単線、撚り線、圧縮撚り線材などが挙げられ、絶縁層の材質や厚さなども種々のものがある。端子部材には、雄型、雌型、圧着型、溶接型などの種々の形態が挙げられる。試料に利用する電線は、端子部材の取り付け、及び後述する電源手段の取り付け、その他適宜後述する流体槽への配置に必要な長さを有していればよく、その長さは適宜選択することができる。本発明では、上記試料、即ち、1本の電線の一端部に一つの端子部材が取り付けられた形態のものを少なくとも一つ用意する。そして、この試料は、後述する電源手段の正極側に接続する。
本発明腐食試験方法では、上記試料と、電極材と、後述する電解質を含有する流体とにより、リーク電流のための回路を構成する。後述する試験例で述べるように、リーク電流により腐食が生じ得るのは、電源手段の正極側に接続された試料である。従って、電源手段の負極側に接続させる電極材は、通電が可能なもの、即ち、導電性材料から形成された種々の形態のものが利用できる。例えば、上記試料と同様の形態のもの、即ち、上記試料を一対用意し、一方を電極材として利用してもよい。その他、電極材として導電性材料からなる板材や棒材などを利用することができる。板材や棒材を構成する導電性材料は、試料の端子部材の構成材料と同じ素材でも異なる素材でもよい。例えば、試料の端子部材が黄銅からなる場合、黄銅や銅からなる板材や棒材を利用することができる。
《電解質》
本発明では、電解質を含有する流体を腐食液として利用する。電解質は、例えば、Na,Cl,Mg,K,Ca,SO4 2-,SO3 2-,NO3 -及びNH4 +から選択される1種以上の元素又はイオンを含むものが挙げられる。代表的には、NaCl,MgCl2,CaCO3,KCl,Na2SO4,H2SO3,Cu(NO3)2,NH4Cl,FeCl3,及びFeCl2から選択される1種以上の化合物が挙げられる。流体は、1種又は複数種の電解質を含有していてもよい。上記化合物は、代表的には流体中にイオンとして存在する。上記流体中の電解質の濃度は適宜選択することができ、上限は特に設けないが、低過ぎるとリーク電流が十分に生じ難くなるため、0.005質量%以上が好ましい。
電解質を含有する流体の溶媒には、代表的には水(純水)が挙げられる。即ち、電解質を含有する流体は、代表的には電解質を含む水溶液が挙げられる。水溶液は、中性、酸性、アルカリ性のいずれでもよく、NaCl水溶液のような中性水溶液は取り扱い易い。また、水溶液は、作製や入手が比較的容易であり、腐食試験を行う際の利便性に優れる。上記Na,Cl,Mg,K,Caなどの元素は、海水に含有されており、上記水溶液として特に海水や人工海水を利用すると、入手が容易である上に、実際の環境(例えば、海岸際)に更に近い環境を模擬することができると考えられる。上記流体にNaCl水溶液を利用する場合、NaClの濃度は0.005質量%以上が好ましく、0.05質量%以上27質量%以下が利用し易いと考えられる。上記流体に水溶液を利用する形態では、当該流体に上記試料の端子部材と電極材とを離間した状態で浸漬することで、これら端子部材と電極材との間に電解質を含有する流体を容易に介在させられる上に、上述のように流体の準備が容易であるため、試験の作業性に優れる。
そして、本発明腐食試験方法では、上記試料及び上記電極材に一定の大きさの電流を所定時間通電する。ここで、上記塩水浸漬試験を行った試料が導体までも腐食した原因の一つとして、電荷量の大小が影響すると考えられる。そこで、後述する試験例に示すように、電荷量(C(クーロン))を一定として、電流値(A)の大きさを変えて腐食状況を調べたところ、電荷量(C)を一定にしても、端子部材の露出面積に対して単位面積当たりの電流値(mA/mm2)が大き過ぎると、上記採取した端子と同様な腐食状態が得られなかった。即ち、電荷量(C)を特定の大きさにするだけの条件では、腐食が比較的緩やかに進行する環境、特に、リーク電流により腐食が生じるような環境を模擬することが難しいと考えられる。また、上記端子部材の単位面積当たりの電流値がある程度小さくても通電時間が長くなると、即ち、単位面積当たりの電荷量(電荷量=電流値×時間)が大きくなると、上記塩水噴霧試験や塩水浸漬試験を行った場合と同様な腐食状態になると考えられる。従って、電流値を特定の大きさにするだけの条件でも、腐食が比較的緩やかに進行する環境、特に、リーク電流により腐食が生じるような環境を模擬することが難しいと考えられる。更に、上述のように腐食対象となる試料の端子部材の腐食状態は、当該端子部材の露出面積(mm2)に依存する傾向にあり、電流値(A)自体や電荷量(C)自体が大きくても、単位面積当たりの値が小さければ、腐食が比較的緩やかに進行する環境、特に、リーク電流により腐食が生じるような環境を模擬することができると考えられる。
上記本発明腐食試験方法において、電解質を含有する流体が特に上述した水溶液である場合、例えば、以下の本発明の腐食試験システムを好適に利用することができる。本発明の腐食試験システムは、導体の外周に絶縁層を具える電線の端部に端子部材を取り付けた試料の腐食状況を調べるためのシステムに係るものである。このシステムは、電解質を含有する流体と、この流体が貯留される流体槽と、上記試料の電線と電極材とに取り付けられて、当該試料及び当該電極材に電力を投入する電源手段とを具える。上記流体槽には、用意した上記試料の端子部材と上記電極材とが離間した状態で浸漬される。上記電源手段は、上記試料の端子部材と上記電極材との間に介在された上記流体を利用して当該試料の端子部材と当該電極材との間に電流が流れるように、上記試料と上記電極材とに定電流を通電する。このシステム及び後述するシステムを用いて上記本発明腐食試験方法を実施する場合、通電時の電流値は、0.19mA/mm2未満とし、通電時間は、電荷量が20C/mm2以下となる範囲で設定する。
電線の端部に端子部材を取り付けた端子付き電線を複数用意して試料とし、種々の条件で腐食試験を行って、各試料の腐食状況と経年の実製品(実試料)の腐食状況とを比較して、腐食試験方法の評価を行った。
比較対象となる実試料として、砂塵が存在する環境において10年以上20年未満使用された普通自動車の居住空間に配置された銅電線と、この電線の一端に接続された黄銅端子とを具えるものを用意した(実試料No.100)。
ここでは、NaCl水溶液を用いた腐食試験(形態I)と、電解質が付着した粒状体(電解質担持体)を用いた腐食試験(形態II)と、泥を用いた腐食試験(形態III)との三つの腐食試験を行った。これら三つの腐食試験に共通に用いた試料、キャビティ、及び電源装置(電源手段)と、上記形態I,IIIに用いた流体槽、上記形態IIに用いた電解質担持体、及び恒温恒湿装置をまず説明する。
形態I〜IIIでは、いずれも同じ構成の試料1を一対用意して腐食試験を行った。各試料1は、図1(I)に示すように電線10の一端に端子部材11が接続された端子付き電線(圧着電線)である。電線10は、導電性材料からなる複数の金属素線を撚り合わせてなる導体10cと、導体10cの外周を覆う絶縁材料からなる絶縁層10iとを具え、一端側の絶縁層10iを剥ぎ取って導体10cを露出させている。この露出箇所に端子部材11が取り付けられている。端子部材11は、導電性材料からなる金属板材の両縁側に適宜切り込みを入れ、切片を折り曲げて形成したものである。具体的には、端子部材11は、上記板材の一端側の両切片を縁側が接するように適宜折り曲げられて形成された矩形筒状の雌端子部12と、電線10の絶縁層10i部分を挟持するように、板材の他端側の両切片を折り曲げて形成されたインシュレーションバレル部13と、雌端子部12とインシュレーションバレル部13との間に存在し、かつ絶縁層10iから露出された導体10cが縦添えされてこの導体10cを挟持するように板材の中間部分の両切片を折り曲げて形成されたワイヤバレル部14とを具える。露出された導体10cは、その大部分がワイヤバレル部14に覆われ、極一部が露出した状態である。
形態I〜IIIではいずれも、一対の試料1をキャビティ4に配置して利用した。キャビティ4は、外観が四角柱状の部材であり、試料1の端子部材11部分が挿入される複数の挿入孔4hを具える。このキャビティ4は、自動車用ワイヤーハーネスの端子が接続されるFコネクタを模擬したものである。各挿入孔4hは、複数の試料1の軸方向が平行するように設けられている。従って、一つの挿入孔4hに一つの試料1を挿入し、この挿入孔の隣りの挿入孔に別の試料1を挿入すると、両試料1は、図1(II)に示すように並列に配置され、所定の間隔をあけて配置された状態に維持される。ここでは、キャビティ4をポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂により形成し、隣り合う挿入孔4h間の中心間距離(一対の端子部材11間の離間距離)を約3mmとした(2.3型雌端子を用いた試料No.1〜4,10,20)。試料の端子部材と電極材の間の間隔(ここでは端子部材11間の間隔)は、適宜選択することができる。そして、一対の試料1の雌端子部12をキャビティ4の隣り合う挿入孔4hにそれぞれ挿入して、形態I〜IIIの腐食試験に利用する。キャビティ4を利用することで、離間した状態を確実に維持できると共に、上記ワイヤーハーネスが使用される実環境により即した環境を模擬することができる。キャビティ4を利用せず、一対の試料1を離間した状態で配置するだけでもよい。上記キャビティ4の挿通孔は、貫通孔でも非貫通孔でもよい。ここでは、貫通孔としている。
試料1の電線10の他端側には電源装置3が接続されて、試料1に電流が通電される。ここでは、電線10の他端側に別途リード線を接続して電源装置3を接続させた。電線10を電源装置3に直接接続させても勿論よい。電源装置3は市販のものを利用した。
形態I,IIIでは、上記キャビティ4に装着された試料1は、電解質を含有する流体5が貯留される流体槽2に配置される。流体槽2は、所定の流体5を貯留することが可能な適宜なものを利用することができる。
電解質担持体を作製するにあたり、上記実試料No.100を採取した自動車内に落ちていた砂塵を採取し、表面に付着しているイオンの種類と濃度とを調べた。測定は、後述する電解質担持体の付着物質の測定方法と同様にして行った。その結果、Cl-:47、Na+:401、Mg2+:3、K+:866、Ca2+:59885、SO4 2-:189であり(砂塵の質量に対する割合。単位は質量ppm)、複数のイオンの存在が認められた。また、砂塵自体を調べたところ、平均粒径数μmの砂と、平均粒径10μm程度の埃とが混在したものであった。この砂塵をEDX分析したところ、主要な元素は、C,O,Si,Caであり(それぞれ14.1〜24.1質量%)、その他、Na,Mg,Al,S,Cl,K,Feが含まれていた(それぞれ1.4〜5.5質量%)。このことから、この砂塵は、SiO2などのセラミックスを含むと考えられる。
形態IIでは、上記キャビティ4に装着された試料1に、上記電解質担持体を配置した状態で恒温恒湿装置(図示せず)に装入し、所定の温度及び湿度に保持する。恒温恒湿装置は市販のものを利用した。
形態Iでは、電解質を含有する流体5として、NaClの濃度が5質量%のNaCl水溶液を用意し、以下の手順で腐食試験を行った。上記キャビティ4に配置した試料1を流体槽2内に配置した後、流体槽2に上記流体5を満たし、端子部材11の全体及び電線10の一部を流体5に浸漬させる。ここでは、キャビティ4の挿入孔4hの一方の開口部(試料1が挿入されていない方の開口部)から流体5が浸入しないように、上記開口部を図示しない絶縁テープで塞いだ。この点は、形態IIIについても同様である。
形態IIでは、以下の手順で腐食試験を行った。
形態IIIでは、電解質を含有する流体5として、NaClの濃度が5質量%のNaCl水溶液(50ml)にカオリン(30g)を混合した泥を用意した。そして、形態Iと同様に、キャビティ4に配置した試料1を流体槽2内に配置してから、流体槽2に流体5(泥)を注入して、試料1の端子部材11の全体及び電線10の一部を流体5に浸漬させる。
上記実試料、及び形態I,II,IIIの腐食試験を行った各試料No.1〜6,10,20の腐食状況を評価した。評価は、実試料及び端子付き電線の各試料のそれぞれについて、インシュレーションバレル部をその軸方向と直交するように切断した断面(図1(I)においてX-X切断した断面に相当)を光学顕微鏡(25倍)で観察して行った。試料No.5,6については任意の断面を光学顕微鏡(25倍)で観察して行った。図2に実試料No.100、試料No.1,2、図3に試料No.3,4、図4に試料No.10の観察像を示す。試料No.1〜4は、更に、図1(I)に示すY-Y断面(導体の露出部分を切断した断面)、Z-Z断面(ワイヤバレル部を切断した断面)の観察像も図2,3に示す。図2,3,4において中央部に存在する複数の丸みを帯びた塊は、電線の導体を構成していた各素線、素線の外周に存在する帯状の塊は、端子部材を示す。実試料No.100では、端子部材の一部を除去した状態のX-X断面を示す。また、図2,3,4の端子部材において、色が濃い箇所は銅を示し、色が薄い箇所は黄銅を示す。
10 電線 10c 導体 10i 絶縁層 11 端子部材 12 雌端子部
13 インシュレーションバレル部 14 ワイヤバレル部
Claims (7)
- 導体の外周に絶縁層を具える電線の端部に端子部材を取り付けた試料の腐食状況を調べるための腐食試験方法であって、
前記試料と電極材とを用意して、当該試料の端子部材と当該電極材とを離間して配置する工程と、
前記試料の端子部材と前記電極材との間に電解質を含有する流体を介在させた状態を維持しながら、前記試料の端子部材と前記電極材との間に電流が流れるように、前記試料と前記電極材とに定電流を通電する工程とを具え、
前記通電は、電流値を0.19mA/mm2未満とし、電荷量が20C/mm2以下となる範囲の時間で行うことを特徴とする腐食試験方法。 - 前記流体は、電解質を含有する水溶液であり、
前記流体に前記試料と前記電極材とを浸漬することで、前記試料の端子部材と前記電極材との間に前記流体を介在させることを特徴とする請求項1に記載の腐食試験方法。 - 前記流体は、非金属絶縁材料からなる粒状体を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の腐食試験方法。
- 非金属絶縁材料からなる複数の粒状体の表面に電解質が付着した電解質担持体を用意し、
離間して配置された前記試料の端子部材と前記電極材とに接触すると共に、当該端子部材と当該電極材との間に介在されるように前記電解質担持体を配置し、
前記電解質担持体が配置された当該試料と当該電極材とを恒温恒湿状態に保持しながら、前記試料と前記電極材とに定電流を通電することを特徴とする請求項1に記載の腐食試験方法。 - 前記電解質は、Na,Cl,Mg,K,及びCaから選択される1種以上を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の腐食試験方法。
- 前記端子部材は、黄銅から構成されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の腐食試験方法。
- 導体の外周に絶縁層を具える電線の端部に端子部材を取り付けた試料の腐食状況を調べるための腐食試験システムであって、
電解質を含有する流体と、
前記流体が貯留されると共に、前記試料と電極材とが離間した状態で浸漬される流体槽と、
前記試料の端子部材と前記電極材との間に介在された前記流体を利用して、前記試料の端子部材と前記電極材との間に電流が流れるように、前記試料と前記電極材とに定電流を通電する電源手段とを具えることを特徴とする腐食試験システム。
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