腐食概論:腐食の基礎

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 金属表面の特徴

  【はじめに】

 結晶構造を持たない金属として,アモルファス金属(amorphous metals)が知られている。アモルファス金属は,同種の結晶質金属に比較し,強靱性,耐食性,軟磁性などの特性に優れているとされる。
 アモルファス金属の高い耐食性は,原子配置がランダムで金属表面の均一性が高く,結晶質金属のような格子欠陥などの腐食の起点となりうる構造欠陥部が非常に少ないためと考えられている。
 
 金属の腐食現象を理解するためには,金属元素の種類や環境因子(environmental factor)などと同様に,金属表面の構造も理解する必要がある。
 
 ここでは,次に示す要領で金属の結晶構造や表面特性について解説する。
 金属の結晶構造 :実用金属に多い結晶構造の基礎について。
 合金の結晶構造 :合金化で顕著になる結晶構造の特徴について。
 金属結晶の構造欠陥 :結晶構造の格子欠陥,表面に現れる欠陥について。
 金属表面の特徴 :金属表面の構造と腐食の関連について。
 

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  【主な用語の概説】

 腐食(corrosion)
 金属がそれをとり囲む環境物質によって,化学的又は電気化学的に侵食されるか若しくは材質的に劣化する現象。【JIS Z 0103「防せい防食用語」】
 環境因子(environmental factor)
 一般的には,生物の生存,生活に影響する環境の条件をいう。腐食工学では,鋼などの金属の腐食に影響する環境条件(environmental conditions)をいう。例えば,大気腐食(屋外)では,気温,湿度,降水,海塩粒子,二酸化硫黄などが環境因子として取り上げられる。
 JIS Z 2381「大気暴露試験方法通則」では,環境因子を“暴露試験場における気象因子及び大気汚染因子の総称。”と定義している。
 アモルファス金属(amorphous metals)
 非晶質金属ともいい,結晶化していない金属,すなわち,原子が数原子以上の広範囲にわたって規則的な配列をしていない金属。【JIS H 7004「アモルファス金属用語】
 結晶構造(crystal structure)
 結晶中の原子の幾何学的な配列の様式を結晶構造という。
 結晶の基本的な性質は,その結晶構造に依存する。結晶構造は「基本構造」と「格子」の2つから成る。つまり格子と基本構造が決まれば、結晶構造も決まる。
 周囲の環境が同一である点を格子点といい,格子点に付随する構造を「基本構造」という。格子点を結んだものを「単位格子」という。
 結晶内部で,原子・原子団・分子・イオンがつくる周期的に規則正しい格子状の配列を結晶格子といい,14種に分類される。
 結晶粒界(grain boundary)
 液体が冷却され固体になるとき,多数の微小な結晶が別々に成長して多結晶体になる。個々の結晶の方向が揃うことは稀であり,形成された多結晶体を構成する結晶は隣接する結晶と方向が異なる。結晶との間に生じる不連続な境界面を結晶粒界という。
 格子欠陥(lattice defect)
 原子の配列が理想状態の単位結晶の配列と異なり,構造的に不完全さを持っていることをいう。格子欠陥は,その形態から点欠陥,線欠陥及び面欠陥に分けられる。

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