腐食概論:鋼の腐食

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         【異種金属接触腐食】

 異種金属接触腐食(galvanic corrosion)とは,異種金属が直接接続(電気的に)されて,両者間に電池が構成された時に生じる腐食をいう。
 異種金属接触腐食の原理は,「腐食と電気化学」で例示したダニエル電池そのものである。
 ダニエル電池では,亜鉛と銅を電解液に浸漬し,両金属を導線で連結することで,電気エネルギーを得ている。

金属元素の電極電位,海水中の自然電位列

海水中の自然電位列

 この電気エネルギーは,亜鉛の腐食で発生した電子に依存する。亜鉛は対極である銅よりが卑な金属である。
 すなわち,異種金属接触腐食は,曝される環境下での「電極電位」の異なる金属同士が接触した場合に起きる。
 異種金属が接触した場合に,何れの金属で腐食促進が起きる可能性については,使用環境における金属の電極電位を比較することで容易に予測できる。
 電極電位は,曝される環境で異なる。このため,問題となる環境での電位(自然電位)を計測する必要がある。一般的には,炭素鋼は,概ねでステンレス鋼,銅との接触では,多くの環境で炭素鋼の卑な自然電位となる。このため,これらの金属との接触では,異種金属接触腐食による局部腐食の危険性が高い。
 
 異種金属接触腐食の可能性程度は,異なる要因に支配されるので注意が必要である。
 すなわち,腐食の程度は,金属間の電位差のみでは推定できず,周辺構造と環境条件を考慮しなければ推定できない。
 例えば,海水中で電極電位が卑な(Fe)が貴な(Cu)と接触している場合を考える。ここで,腐食速度が溶存酸素の拡散速度で律速される基本条件に従うと仮定する。この場合には,酸素の消費速度は,金属の表面積に比例することになる。
 すなわち,酸素の大部分は,カソードとなる銅表面で消費されるので,銅と鉄の面積比の影響を大きく受ける。
 「異種金属接触腐食の程度」で例示したように,面積比により,鉄の腐食程度約 1.1倍~10倍と大きく変化する。
 実用面では,異種金属の面積比以外に
 ◎ 接触する水の導電性(影響の及ぶ面積が変わる)
 ◎ 接触する水膜の厚み(影響の及ぶ面積が変わる)
 ◎ 接触する水のpH(酸性では,水素発生型腐食になる)
 ◎ 金属の種類(特に,アルミニウムは大きい影響を受ける)
の影響も大きい。
 鋼橋では,同一金属でも部分的に電位の異なる個所が発生する次の場合も注意が必要である。
 ● 不適切な溶接で溶接部と母材間に電位差が生じた場合,不適切な溶接部がアノードになる。
 ● 1960年代以前の鋼橋では,ミルスケール(黒皮)鋼板を用いているので,部分的にミルスケールに損傷を受けた個所がアノードになる。

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