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アルミニウム、ステンレス鋼、銅の腐食:腐食の基礎知識2

腐食の基礎知識

更新日:2017年11月1日(初回投稿)
著者:化学工学会SCE・Net 装置材料研究会 梅村 文夫

前回は、腐食の仕組みと種類を解説しました。今回は、耐食性に優れているアルミニウム、ステンレス鋼、銅の腐食について説明します。これらの金属は、特定の環境で腐食が生じます。対策を講じるために、腐食が生じる環境を学んでおきましょう。

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1. アルミニウムの腐食

アルミニウムには、軽い、強い、さびにくいという特性があり、家庭用品、高層ビル建材、船舶、車両、航空機、電気機器など、さまざまな分野で使用されています(図1)。ただし、純度の高い純アルミニウム(純度99.00%以上)は強度が低く、機械的強度を必要としない部材や部品に使われます。強度を増すには、合金元素を添加します。

図1:アルミニウムの製品例

図1:アルミニウムの製品例

アルミニウムの表面には、保護性が高く、自己修復能力を持つ酸化皮膜(不動態皮膜)が形成されます。これにより、アルミニウムは高い耐食性を示します。酸化皮膜は、酸化アルミニウムAl2O3および、酸化アルミニウムの水和物 Al2O3・xH2Oからなり、pH4~8.5の領域で安定です。

アルミニウムの腐食形態は、均一腐食と局部腐食の2つに大別されます。酸化皮膜が均一に溶解すると均一腐食が発生し、酸化皮膜が局部的に破壊されると孔食などの局部腐食が発生します。アルミニウムの均一腐食は、酸性溶液あるいはアルカリ性溶液中で生じます。酸性・アルカリ性溶液の双方で腐食する金属を両性金属といいます。腐食速度は、pHの低下(4以下)、もしくは上昇(9以上)で増大します(図2)。

図2:アルミニウムの腐食速度とpHの関係

図2:アルミニウムの腐食速度とpHの関係

私たちの生活環境はpH7の中性付近に保たれています。この環境下でアルミニウムの酸化皮膜は安定で、腐食が発生することはありません。しかし、塩化物イオンが存在すると、酸化皮膜は局部的に破壊され、孔食が発生します。また、アルミニウム同士や他の物質との接合部にすきまがあると、すきま腐食(第1回参照)が生じやすくなります。例えば、屋外で使用されるアルミニウム製品のすきまに雨水がたまると、雨水に溶解した塩化物イオンにより、すきま腐食が発生します。アルミニウムの耐食性を高める方法として、保護性に優れた厚い表面皮膜を作るアルマイト処理(陽極酸化と封孔処理)や、塗装があります。

参考:化成処理と陽極酸化:金属表面処理の基礎知識5

2. ステンレス鋼の腐食

ステンレス鋼は、家庭用品や各種装置、プラント材料などあらゆる場面で使用されている耐食性材料です(図3)。11~12%以上の濃度のクロムを含有する鉄合金を指し、大気中環境では全く腐食が発生しません。代表的なステンレス鋼には、鉄・クロムからなるフェライト系あるいはマルテンサイト系と、鉄・クロム・ニッケルからなるオーステナイト系があります。

図3:ステンレス鋼の製品例

図3:ステンレス鋼の製品例

ステンレス鋼の耐食性は、保護性に優れた酸化皮膜により発揮されます。酸化皮膜は、自己修復性能力の高いクロム酸化物やクロム水酸化物により形成され、アルミニウムの酸化皮膜より広いpH領域で安定です。

続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

3. 銅および銅合金の腐食

保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

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