金属概論:亜鉛めっき鋼

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  【亜鉛について】

 亜鉛は,青味を帯びた銀白色の金属で,湿度の高い空気中で腐食し,灰白色の腐食生成物(塩基性炭酸亜鉛)で表面が覆われる
 亜鉛は,原子量 65.38g・mol-1,密度 7.14Mg・m-3,融点 419.5℃,25℃でのモル熱容量 25.47J・mol-1・K-1,電気抵抗率 20℃で59.0nΩ・m,熱伝導率 27℃で116W・m-1・K-1,熱膨張率 25℃で30.2μm・m-1・K-1の元素である。
 ちなみに,鉄は原子量 55.845g・mol-1,密度 7.874Mg・m-3,融点 1538℃,25℃でのモル熱容量 25.10J・mol-1・K-1,電気抵抗率 20℃で96.1nΩ・m,熱伝導率 27℃で80.4W・m-1・K-1,熱膨張率 25℃で11.8μm・m-1・K-1である。
 このように,亜鉛は鉄に比較して,非常に低い温度で溶け,熱膨張率が大きい。しかし,密度や熱,電気特性については,概ね鉄と同等の材料である。 
 金属亜鉛に特徴的な性質として,常温では脆いが約110~150℃で展性,延性に富むこと,結晶構造が理想的な六方最密充填構造(「金属の結晶構造」参照)から,ややc軸方向に伸びた構造をとるため,c 軸方向の線膨張率53.0μm・m-1・K-1で a 軸方向の線膨張率15.0μm・m-1・K-1の約3.5倍と異方性が強く現れることが挙げられる。

亜鉛の腐食度とpH

亜鉛の腐食度とpH

 亜鉛の一般的な腐食の特徴を次に示す。
 亜鉛を空気中で加熱すると,次式により容易に酸化する。
   2Zn + O2 → 2ZnO
 常温で,水の関与する環境では,接触する水のpHに従い,右図の腐食特性を示す。
 図に示すように,亜鉛は酸性領域のみならず,高アルカリ性領域でも腐食するため,アルミニウムと同様に両性元素と呼ばれている。
 pH6以下の酸性水溶液では,亜鉛は次式のように水素を発生しながら腐食する。
   Zn + 2H+ → Zn2++ H2
 中性からpH12程度までの水溶液中では,亜鉛表面を覆う腐食生成物が安定的に存在できるため,腐食が抑制される。
 pH13以上のアルカリ性水溶液中では,次式により速やかに腐食が進む。
   Zn + 2OH- + 2H2O →{Zn(OH)42- + H2

 基本用語

  • 亜鉛(zinc)
     原子番号30,元素記号 Znの金属元素。安定な結晶構造は,六方最密充填構造 (HCP)である。
  • 熱膨張率(coefficient of thermal expansion)
     温度の上昇による長さや体積の膨張する割合を1K(ケルビン)当たりで示したもの。単位はK-1である。熱膨張係数ともいう。長さが変化する割合を線膨張率,体積が変化する割合を体積膨張率ということもある。
  • 溶融亜鉛めっき(hot dip galvanizing)
     溶融した亜鉛の浴槽に鋼材を浸漬し,鋼表面に亜鉛の皮膜を形成する防錆処理の一種である。めっき槽に浸ける様子から,俗にドブづけとかテンプラなどとも呼ばれる。
  • ガルバリウム(galvalume)鋼板
     1972年にアメリカ合衆国のベスレヘム・スチールが開発したアルミニウム・亜鉛合金めっき鋼板の名称である。日本国内ではガルバやガリバリウムとも呼称される。
     JIS G3321「溶融55%アルミニウム-亜鉛合金めっき鋼板」に規定されている。
  • 溶融亜鉛めっき面に現れる典型的な不具合には次のものがある。
     不めっき:局部的にめっき皮膜がなく,素材面の露出しているもの。
     やけ:金属亜鉛の光沢がなく,表面がつや消し又は灰色を呈したもの。甚だしい場合には暗灰色となる。
     たれ:端部又は部分的に,亜鉛が多量に付着しているもの。
     シーム:素材にきずがあると,めっきしたときに,めっき表面に特徴ある線状の凹凸になるめっき。
     かすびき:表面に亜鉛酸化物又はフラックス残さが著しく付着しているもの。
     ざらつき:微粒状の突起があり,懸濁浮遊物質(ドロス)が付着しているもの。
     きず:めっき作業中,めっき用具とめっき表面とが接触したこん(痕)。
     変色:保管中の薬品なのど付着及びめっき欲からの引上げ時に,めっき表面が変色したもの。
     白さび:保管中に雨水の付着,結露などによって生じた塩基性炭酸亜鉛などの腐食生成物。

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