防食概論:防食の基礎

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          【金属被覆:機能別分類】

 鋼などの金属表面に,他の金属を被覆したものは,古くから身の回りに多くある。金属被覆の目的は,母材となる金属に不足する機能・特性の向上を目的とする。
 具体的には,防せい・防食性の向上,装飾性の向上,硬さ(耐傷つき)の向上,耐摩耗性の向上,電気特性の改善,はんだ等との付着性改善などである。
 防食を目的とする場合には,防食原理や防食機構の違いからバリア型,犠牲アノード型,及びその複合型に分類される。

【バリア型】
 鋼などの母材を,使用環境での耐食性が高い金属で被覆し,環境因子のバリアとして作用することを期待したもの。この種の被覆に用いられる金属は,母材より腐食電位が貴なものである。
 例えば,鋼素地に対しては,鉛(Pb),錫(Sn),銅(Cu),ニッケル(Ni),クロム(Cr),銀(Ag),金(Au)などを被覆したものが実用されている。Cu,Cr,Ag,Auなどの被覆では,防食機能以外に装飾性の付与を目的とした使用も多い。
 この種の被膜では,素地に達する欠陥が無い場合は,非常に高い耐食性を期待できる。しかし,ピンホールや傷つきなどの素地に達する損傷がある場合には,露出した素地金属がアノードとなり,被覆金属が広いカソードとして作用するため,素地金属の腐食電流密度が高くなり,容易に局部腐食が進行する。
 一般的には,欠陥があると,下図に示すように,被覆膜との界面で横方向に腐食が進行し,被膜のはがれに至る。

銅めっき鋼の局部腐食の進行(模式図)

銅めっき鋼の局部腐食の進行(模式図)

【犠牲アノード型】
 鋼などの母材を,使用環境で母材より腐食電位が卑な金属で被覆したもの。この場合には,ピンホールや傷つきなどの素地に達する損傷があっても,露出した素地金属がカソードとなり,被覆金属が広いアノードとして作用するため,被覆金属が犠牲的に腐食し,素地金属の腐食を抑制できる。これを犠牲的保護作用や犠牲防食作用などともいう。
 素地に達する損傷がない場合には,被覆金属の耐食性が皮膜の寿命の決定因子となる。
 このため,一般的には,腐食性の低い金属が選ばれる。例えば,鋼素地に対しては,亜鉛(Zn),アルミニウム(Al),アルミニウム・亜鉛合金(55%Al-Zn合金,5%Al-1%Mg-Zn合金など)が被覆として実用されている。
  犠牲防食作用を模式的に下図に示す。素地に達する欠陥部では,被覆膜が犠牲的に腐食し,素地金属の腐食を抑制する。その後,広い範囲の皮膜が腐食で消失すると,露出した素地金属に犠牲防食作用が及ばない範囲(電荷移動の限界を超える距離,環境条件に依存)が現れ,素地金属の腐食が始まる。

亜鉛めっき鋼の局部腐食(模式図)

亜鉛めっき鋼の局部腐食(模式図)

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