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腐食発生の要因

腐食は、どこにでも自然に生じるプロセスであり、日常生活において私たちは腐食が錆びた鉄に進行することで慣れ親しんでいます。 その腐食は時に大きな経済的影響を与える可能性があります。世界の年間鉄鋼生産量のほぼ5分の1は腐食によって損傷した鉄鋼部品を単に交換することに使用されています。締結用途の場合、安全性が重要であるため更に重要です。 腐食による損傷は重大な結果をもたらす可能性があります。この高い認識と高いコストにもかかわらず、あと施工アンカーに対する腐食の影響は設計プロセス中において常に完全に考慮されるとは限りません。このテーマを深く掘り下げると鋼材固定システムの腐食の必然性が分かり、固定ソリューションをあらかじめ適切に考慮することの重要性を理解できます。
 
本トピックは、本記事を含み、3回にわたり紹介します。

• Part 1: 腐食とは何か？鋼板の固定を損なう可能性のある最も一般的な種類の腐食
• Part 2: 腐食システムの一般的な概要とアンカーに適切な腐食保護を選択する方法に関する推奨事項
• Part 3: 化学物質の存在下での固定への対処

腐食とは何でしょうか？

腐食は、金属とその環境との間の物理化学的相互作用であり、金属の特性に変化をもたらし、金属、環境、またはそれらが一部を構成する技術システムの重大な機能障害につながる可能性があります（ISO8044 2010を参照：）。腐食については、金属またはシステムの特性に変化があり、望ましくない結果につながる可能性がある場合にのみ取り上げます。これは、視覚的な障害から技術システムの完全な故障にまで及ぶ可能性があり、大きな経済的損害を引き起こし、場合によっては人々に危険をもたらす可能性さえあります。 炭素鋼、ステンレス鋼、亜鉛、銅、アルミニウムなどエンジニアリングで一般的に使用される金属では、典型的な腐食プロセスはそれぞれの鉱石からの金属生産の逆反応と見なすことができます（下図を参照）。



腐食および金属電解採取プロセスにおける鉄の化学反応

腐食反応の種類

すべての化学反応と同様に、腐食のプロセスは関連する化学反応（熱力学）に伴います。また他の要因が反応の速度を左右します（反応速度論）。通常、金属と環境との相互作用に起因する一般的なタイプの腐食と、最も一般的な外観腐食の形態を区別します。
 
最も一般的な腐食反応は本質的に電気化学的です。このような反応は金属内の電子と金属表面の水膜などの導電性電解質中のイオンによる電気的な交換を意味します。

反応は均一な反応による均一な分布で金属表面で発生するか、局所的かつ個別に発生して孔食などの局所的な形態の腐食につながる可能性があります。腐食反応の性質により、腐食が発生するためには次の必要な要件が発生します。：

• 導電性金属
• 電解質（表面の薄い水分膜で十分）
• 陰極反応のための酸素

大気腐食反応の条件

腐食の形態 １：　均一な腐食

均一な腐食は、表面がほぼ均一に腐食している形態です。部分的な反応（金属の溶解と酸素の還元）が表面全体に分布し、金属のほぼ均一な溶解と腐食生成物の均一な形成（たとえば、鋼の赤錆）につながります。この形態の腐食の程度は、通常、これまでの経験に基づいて見積もることができます。腐食速度は通常、1年あたりのマイクロメートル（μm/ a）で示されます。これらの平均値を使用してコンポーネントの平均寿命を計算し、厚さを増やすことで平均寿命を延ばすことができます。均一な腐食は、例えば保護されていない炭素鋼、特定の大気条件に晒された亜鉛めっき処理した鋼材で発生します。
 
純粋な均質腐食は稀であり、表面全体が均一に腐食する可能性は低いです。通常、特に複雑な金属部品には、他の表面よりも速く腐食する領域があり、表面が粗くなり、腐食生成物で不規則に覆われます（鋼の錆など）。



鋼製部品の腐食

腐食の形態 ２：　孔食

孔食は局所的な腐食形態であり、金属に小さな穴または「ピット」が発生します。この形態の腐食は主に不動態金属に見られます。アルミニウム、チタン、ステンレス鋼などの不動態金属や合金はわずか数ナノメートルの厚さの表面の薄い酸化物層に耐食性があります。腐食開始プロセスは不動態層の局所的な破壊から始まります。局所的な腐食反応は、例えば塩化物イオンによってステンレス鋼に対して反応する可能性があります。孔食は非常に問題になる可能性があります。表面には均一な腐食がはっきりと見られますが、孔食は表面の小さなピンホールとしてのみ現れることがよくあります。隠れた空洞が形成され、孔食の検出と予測がより困難になる可能性があるため、ピンホールの下で除去される材料の量は一般に不明です。技術的には、孔食を制御する合理的な方法はありません。この形態の腐食は設計上の考慮事項と適切な材料の使用を通じて、最初から排除する必要があります。



ステンレス鋼製品の孔食例

腐食の形態 ３：　ガルバニック腐食（異種金属接触腐食）

ガルバニック腐食とは2つの異なる金属が導電性の接続を持ち、共通の腐食性電解質と接触している腐食損傷を指します。腐食の電気化学的モデルでは2つの部分反応（陽極金属の溶解と陰極酸素還元）の1つが、ほぼ1つの金属でのみ発生します。一般に、貴金属の少ないものは溶解しますが（陽極金属の溶解）、貴金属の多い部分は腐食の影響を受けません（酸素還元の陰極としてのみ機能します）。ガルバニック腐食が発生する場合、貴金属の腐食速度は、他の金属と接触しない自由腐食環境の場合よりも高くなります。ここで説明するガルバニック腐食現象の積極的な利用の良い例は、亜鉛コーティングが炭素鋼と低合金鋼を保護する方法です。亜鉛はそれ自体が腐食することによって鋼を積極的に保護する低貴金属です。



接触腐食の典型的なケース。 亜鉛メッキ炭素鋼（ワッシャー）とステンレス鋼（ネジと部品）を併用、貴金属であるステンレス鋼の表面積は大きく、ワッシャーの強い腐食を引き起こします。


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