腐食概論:腐食の基礎

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  【均一腐食:清浄表面の濡れ】

 金属の大気腐食では,【環境因子と腐食速さ】で解説したように,表面に形成する水膜の影響を大きく受ける。
 大気環境での水膜形成要因には,降雨,結露,及び大気中の水蒸気吸着がある。ここでは,清浄な金属表面の水蒸気の吸着,及び結露による濡れ現象について紹介する。

水蒸気の吸着等温曲線

水蒸気の吸着等温曲線


 【水蒸気の吸着】
 大気の水蒸気圧と鋼表面への水分子吸着量の関係は,右図の一般的な吸着等温曲線に従うと考えられる。水蒸気圧が比較的低い段階で,水分子が全面に単分子層で吸着する。
 水分子は,図のように,電子雲が偏った構造のため,金属表面の影響を受け分子が特定の方向を向いて吸着する。水蒸気圧の増加に伴い,水の吸着が進むが,このとき一方向を向いて吸着している水分子の上に方向性を持ってさらに吸着することになる。

水分子の構造

水分子の構造

 水分子が複数層吸着すると,金属表面の影響が小さくなり,水分子がランダムに吸着できるようになる。この段階までの水分子は,移動が制約されているので,水膜として存在しても腐食反応は進まない。
 ある水蒸気圧を超えると,吸着する水分子の量が急激に増え,分子の移動が可能な液状の水膜になる。清浄な鋼表面では,相対湿度80%以上でこの状態になり,腐食反応が継続できる状態になる。
 このため,ISO 9223「Corrosion of metals and alloys -corrosivity of atmospheres-Classification」では,「0℃よりも高い気温のときに,相対湿度が80%以上であるときの時間」を濡れ時間と定義している。
 
 【結露による濡れ】
 結露による濡れは,良く知られるように,鋼表面の温度が気温より低い時に発生する現象である。結露の発生する鋼板の温度は,大気の相対湿度と気温により始まる露点温度以下になったときである。
 鋼の温度が気温より低くなる主要因は放射冷却である。放射冷却は,夜間の気象,構造物周辺の環境,及び構造の影響を受ける。晴天で相対湿度の高い日の明け方など,鋼板温度上昇より気温上昇が大きい時間帯で結露し易い。

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