10種類の腐食：金属の劣化メカニズムに関するエンジニア向けガイド

錆びたボルトを見ると「腐食」と考えます。しかし、エンジニアリングや製造の世界では、それは患者でいっぱいの病院を見て「みんな病気だ」と言うようなものです。錆は、ある種の腐食の症状の一つに過ぎません。実際には、それぞれ独自の原因、症状、そして予防方法を持つ、複雑に絡み合った破壊プロセス群なのです。

では、腐食の主な種類は何でしょうか?

最も重大な10の エンジニアが扱う腐食の種類 メーカーが扱う腐食は、1) 均一腐食、2) ガルバニック腐食、3) 孔食、4) すきま腐食、5) 粒界腐食、6) 応力腐食割れ (SCC)、7) エロージョン腐食、8) フレッチング腐食、9) 糸状腐食、および 10) 高温腐食です。

これらの違いを理解する タイプは学問的なものではなく、鍵となるものです 安全で信頼性が高く、長持ちする製品を作ること。誤解は、橋の崩壊から医療インプラントの損傷に至るまで、壊滅的な故障につながる可能性があります。

このガイドでは、10種類の腐食についてそれぞれ詳しく説明します。腐食の種類を定義するだけでなく、その外観、腐食を引き起こす隠れたメカニズム、そして私たちが実践している予防策についてもご紹介します。 RM（ラピッドマニュファクチャリング） 私たちが毎日製造する重要な部品を保護するためです。

腐食とは一体何なのか？電気化学エンジン

異なる種類を分類する前に、水ベースの環境におけるほぼすべての腐食は、 電気化学的プロセスこれは単なる化学反応ではありません。小さな、不要な電池です。これが起こるには、4つの条件が必要です。

1. アノード： 金属が腐食する部分。電子を放出（酸化）し、金属イオン（例：サビ）に変化します。
2. 陰極： 金属（または別の金属）の一部で、   腐食します。電子を受け取ります。
3. 電解質： イオンが陽極と陰極の間で移動できるようにする導電性液体（水、特に塩水など）。
4. メタリックパス: 電子が陽極から陰極へ流れるための接続。金属部分自体がこの経路として機能します。

これら4つの要素が存在すると回路が完成し、陽極が溶解し始めます。ここで説明する腐食の種類はそれぞれ、この破壊的な回路を形成する異なる方法に過ぎません。

カテゴリー1：均一腐食（明らかなもの）

これは最も一般的で認識しやすい腐食形態です。その名の通り、物体の露出面全体に均一に進行します。 材料予測可能で、測定可能であり、 予期せぬ壊滅的な故障の原因 なぜなら、それが起こるのを予測し、計画することができるからです。

外観： 広範囲に及ぶ、一貫した錆びや変色。雨ざらしの炭素鋼板を想像してみてください。表面全体に赤褐色の酸化鉄（錆）の層が形成されます。

メカニズム： 微視的なレベルでは、陽極と陰極の位置が絶えず移動し、表面全体で均一に材料が失われていきます。これは、金属が酸性溶液などの腐食性環境下、あるいは酸素や湿気にさらされた際に発生します。

一般的な例: 船の鋼鉄製の船体が徐々に薄くなること、または塗装されていない古い金属製の柵が錆びること。

防止：

• コーティング： 最も簡単な方法。塗装、粉体塗装、またはメッキにより、金属と電解質の間にバリアが形成されます。
• 材料の選択: より耐腐食性の高い素材を選択してください。 ステンレス鋼 炭素鋼の代わりにアップグレードするのが一般的です。
• 腐食防止剤: 電解質に添加される化学物質で、金属表面に保護膜を形成することにより反応を遅くします。

カテゴリー2：ガルバニック腐食（異種金属の罠）

ガルバニック腐食は、最も頻繁に発生し、かつ誤解されやすい腐食の種類の一つです。これは、2つの異なる金属が物理的に接触し、共通の電解質に浸漬されたときに発生します。

メカニズム： これは「電池」の概念の最も純粋な形です。金属はそれぞれ異なる性質を持ち、電子を放出する性質、つまり電極電位を持っています。2つの異なる金属を接続すると、より負の電位を持つ方が負の電位になります。 アノード そして急速に腐食し、より正の電位を持つものは 陰極 そして保護されます。

エンジニアは ガルバニシリーズ どの金属を予測するかを示すチャート 腐食します。上部の金属（マグネシウムや亜鉛など）は「卑な金属」であり、陽極として機能します。下部の金属（金やプラチナなど）は「卑な金属」であり、陰極として機能します。2つの金属が離れているほど、 金属はチャート上にある、陽極の腐食が速くなります。

外観： 2つの異なる金属の接触点に深刻な腐食が発生しています。より貴な金属は新品のように見えますが、貴でない金属は深刻な損傷を受けています。

一般的な例:

• よくある間違いは、海洋環境で真鍮板を鋼製のネジで固定することです。鋼は真鍮よりも卑なため、陽極となって急速に腐食しますが、真鍮はそのまま残ります。
• この原理は保護にも使用されます。 亜鉛めっき鋼 炭素鋼に亜鉛をコーティングしただけのものです。コーティングに傷が付くと、亜鉛（卑な方）が犠牲腐食を起こし、露出した鋼（卑な方）を保護します。

防止：

• 異なるものを避ける 金属接触：最良の方法 単一の金属を使用して製品を設計することです。
• 電気的絶縁: 異なる金属を2種類使用する必要がある場合は、プラスチックまたはゴム製のガスケットとワッシャーなどの非導電性バリアで絶縁してください。これにより、金属の経路が遮断されます。
• ガルバニック系列に近い金属を選択してください: 2 つの金属を接続しなければならない場合は、チャート上で近いもの（たとえば、2 つの異なるステンレス鋼シリーズ）を選択すると、腐食の速度が最小限に抑えられます。
• 犠牲陽極: 保護したい構造物に、卑金属（亜鉛やアルミニウムなど）の塊を意図的に取り付けます。この「犠牲陽極」は腐食して消失し、主構造を保護します。船体やパイプラインなどに用いられます。

ここまで、最も目に見えるタイプの腐食と、最も一般的な「異種金属」の罠について説明しました。これらは深刻な問題ですが、予測可能な場合が多いです。次のパートでは、隠れた致命的な要因である、以下の形態について詳しく説明します。 局部腐食 部品が突然、明らかな前兆もなく故障する原因となる腐食です。ここでは、孔食、隙間腐食、粒界腐食について解説します。 エンジニアを維持するタイプ 夜起きて。

カテゴリー3: 孔食（隠れた穴）

孔食は、最も破壊的で危険な腐食形態の一つです。これは非常に局所的な腐食で、材料の表面に小さく深い穴（ピット）を形成します。部品の表面はほぼ完璧に見えても、ピットが無数に発生し、応力集中の原因となるため、突然の壊滅的な破損につながることがあります。

外観： 表面の小さな穴は、腐食生成物の膜に覆われて隠れていることがよくあります。表面の錆を拭き取ると、その下に深い空洞が現れることがあります。金属表面の大部分は影響を受けません。

メカニズム： 孔食は、金属の不動態保護層（ステンレス鋼の酸化クロム層など）の小さな弱点から発生します。これは、特定のイオンの存在によって引き起こされることが多く、 塩化物（Cl⁻） 最も一般的な原因です。この層が破られると、攻撃的な「自己触媒」プロセスが始まります。

1. 小さな活性ピットは陽極となり、その周囲の大きな受動表面は陰極となります。
2. 金属イオンが内部に集中 ピットは塩化物などのマイナスイオンを引き寄せ、電荷を中性に保ちます。
3. これにより、水で加水分解される攻撃的な金属塩化物（塩化鉄など）が形成され、ピット内に非常に酸性で腐食性の高い微小環境が形成されます。
4. このプロセスは自立して加速し、材料に深く穴を開けます。

一般的な例: ピット形成 304ステンレス鋼 沿岸地域や塩化物を含む溶液を扱う化学工場で使用される配管やタンク。

防止：

• 合金の選択: 耐孔食性が高い材料を使用する。 モリブデン ステンレス鋼（316Lグレードなど）に添加すると、耐性が大幅に向上します。さらに過酷な環境では、二相ステンレス鋼またはニッケル基合金が必要となります。
• 環境管理: 塩化物濃度を下げるか、温度を下げるか、電解質の酸性度を下げます。
• 表面を清潔に保つ: 孔食は、小さな堆積物や表面汚染物質の下から発生することがよくあります。表面を清潔で滑らかに保つことで、孔食の発生を防ぐことができます。

カテゴリー4：隙間腐食（隙間の腐食）

隙間腐食は、メカニズム的には孔食と非常に似ていますが、不動態皮膜のランダムな欠陥ではなく、特定の形状によって引き起こされます。これは、金属表面の遮蔽された隙間や隙間において、電解質が滞留することで発生する、激しい局所腐食です。

外観： 隙間に完全に隠れている深刻な腐食損傷。部品を分解するまで確認できません。発生箇所としては、ボルトの頭の下、ワッシャーやガスケットの下、重ね継ぎ目、チューブとチューブシートの間などが挙げられます。

メカニズム： プロセスはaから始まります。 差圧通気セル.

1. 隙間内の電解質は停滞し、溶存酸素は初期の腐食反応によって急速に消費されます。
2. 形状が狭いため、酸素を簡単に補充することができません。
3. 酸素が枯渇した亀裂の内側の領域は、活性酸素の アノード裂け目の外側の部分は酸素が豊富にあり、 陰極.
4. 孔食と同様に、自己持続的なサイクルが始まります。金属イオンと塩化物が亀裂内に濃縮され、pHが低下し、隠れた隙間内で腐食速度が急上昇します。

一般的な例: 海洋環境において、ステンレス鋼ボルトのヘッド下部、プレートへの締め付け部が著しく腐食しています。ボルトの外観は問題ないように見えますが、予期せぬ不具合が発生する可能性があります。

防止：

• 隙間をデザインで排除する: これは最も効果的な方法です。ボルトやリベットではなく、溶接接合を使用してください。完全な溶け込み溶接を確実に行ってください。
• 固体で非吸収性のガスケットを使用する: 多孔質ガスケットはスポンジのように機能し、隙間腐食が発生しやすい条件を作り出します。PTFEガスケットが一般的に使用されます。
• シーラントを使用する: 重ね継ぎ目の隙間を埋めるためにコーキング剤を塗るか、シーラントを塗布します。
• 適切な排水を確保してください: 隙間に水や電解質が溜まらないように部品を設計します。

これら 2 つの類似しているが異なる局所腐食の形態の違いを明確にするために、直接比較してみましょう。

機能	孔食	隙間腐食
きっかけ	塩化物イオンによって引き起こされることが多い、不動態層のランダムな微視的破壊。	停滞した微小環境を作り出す遮蔽された隙間または裂け目の形状。
所在地	大胆で開いた表面上のどこにでも発生する可能性があります。	狭い、限定された空間（ガスケット、ワッシャーの下、重ね継ぎ目など）内でのみ発生します。
メカニズム	ピット自体が攻撃的な酸性環境を作り出す自己触媒プロセス。	ギャップ内の酸素が減少することで陽極が形成される差動通気セル。
外観	腐食生成物によって隠れていることが多い、それ以外はきれいな表面上の小さな孤立した穴。	隙間の内側に目立たない激しい腐食があり、外面は通常は影響を受けません。

カテゴリー5：粒界腐食（IGC）（境界への攻撃）

これは特に陰険な腐食であり、 粒界 金属粒子自体ではなく、金属の組織に損傷を与える可能性があります。表面にほとんど目に見える兆候がないまま、材料の完全性を破壊し、強度と延性を失わせます。部品は見た目には問題がなくても、わずかな応力で破損したり、崩壊したりする可能性があります。

外観： 表面では軽いエッチングに見える場合もあります。粒界に沿った腐食を確認するには、顕微鏡検査が必要です。ひどい場合には、材料に応力がかかった際に結晶粒全体が剥がれ落ち、砂糖のような、あるいはざらざらとした質感になることがあります。

メカニズム： 最も有名な例は オーステナイト系ステンレス鋼の「鋭敏化」 (一般的な 304 グレードと同様)。

1. これらの鋼が、たとえば溶接中に特定の温度範囲（約 450 ～ 850°C または 850 ～ 1550°F）に加熱されると、鋼中の炭素がクロムと結合します。
2. これは 炭化クロム（Cr₂₃C₆） 粒界に沿って。
3. このプロセスにより、粒界に隣接する領域からクロムが失われます。ステンレス鋼の耐食性はクロムに由来するため、このクロムが欠乏した領域は腐食に対して非常に脆弱になります。
4. 粒界は陽極として機能し、これらの狭い経路に沿って腐食が急速に進行し、粒が分離されます。

一般的な例: 「溶接腐食」 腐食性流体を輸送するために使用される304ステンレス鋼管において、腐食は溶接部自体ではなく、鋭敏化温度域に保持された溶接部の両側の狭い帯状部（熱影響部）で発生しました。

防止：

• 低炭素グレードを使用する: 304Lや316Lなどの「L」グレードを選択してください。炭素含有量が低い（例えば0.03%未満）ため、十分な量の炭化クロムを形成するのに十分な炭素量がありません。これは現代の最も一般的な解決策です。
• 安定化グレードを使用する: 321（チタン安定化）や347（ニオブ安定化）などのグレードを使用してください。これらの元素はクロムよりも炭素との親和性が強いため、無害な炭化物を形成し、クロムを溶解させて鋼を保護します。
• 溶接後の熱処理: Lグレード以外の鋼種では、高温での「溶体化処理」により炭化クロムを再溶解し、耐食性を回復させることができます。ただし、これは多くの場合現実的ではありません。

ここまで、化学と幾何学のみに基づいて、材料を内部から攻撃する腐食の形態について説明してきました。しかし、機械的な力が加わるとどうなるでしょうか？最後の部分では、応力と物理的摩耗によって引き起こされる腐食の種類について考察します。 応力腐食割れ（SCC）、エロージョン腐食、フレッティングこれで、10 種類の重要な腐食に関するガイドは完了です。

応力腐食割れ（SCC）：静かなる大惨事

応力腐食割れ（SCC） エンジニアリングにおける最も陰険で危険な故障メカニズムの一つです。 材料のひび割れとして定義される 腐食環境と静的引張応力の複合作用によって発生します。その恐ろしい性質は、腐食や塑性変形の明らかな兆候が全くないにもかかわらず、一見健全な部品を突然破壊させる能力にあります。

メカニズム：三つのトラブル

SCC が発生するには、次の 3 つの条件が同時に満たされる必要があります。

1. 影響を受けやすい素材: すべての材料があらゆる環境で SCC が発生しやすいわけではありません。たとえば、300 シリーズのステンレス鋼は、塩化物イオンを含む環境では SCC が発生しやすいことで知られています。
2. 特定の腐食環境: SCCを引き起こす環境は材料によって異なります。アンモニアは真鍮にひび割れを引き起こし、塩化物はステンレス鋼を侵します。
3. 静的引張応力： この応力は外部荷重によって発生することもありますが、多くの場合は溶接、冷間成形、不適切な熱処理などの製造プロセスから残った残留応力です。

これら3つの条件が重なると、応力によって材料表面に微細な亀裂が生じます。腐食性媒体は、新たに露出した亀裂の先端を攻撃し、最も高い応力がかかっているため、亀裂はさらに進展します。こうして悪循環が続き、部品の残りの断面が荷重に耐えられなくなり、突然の脆性破壊に至ります。

外観と検出

SCCは目視で検出するのが非常に困難です。ひび割れは非常に微細で、しばしば顕微鏡レベルでしか見えず、腐食生成物で満たされてひび割れが隠れている場合があります。材料表面の大部分には腐食がほとんど見られず、誤った安心感を与えてしまう場合もあります。SCCの検出には、浸透探傷試験や超音波検査といった特殊な非破壊検査（NDT）がほぼ必須です。

侵食腐食：洗掘攻撃

エロージョン腐食 腐食性流体と、その流体の動きによる機械的な摩耗効果の複合作用によって引き起こされる、加速腐食の一種です。化学的には、川が岩を削り峡谷を刻むのと同等です。

メカニズム：化学レベルでの摩耗

ステンレス鋼やアルミニウムなどの多くの金属は、非常に薄く、強靭で不活性な酸化物層（不働態皮膜）で自らを保護しています。この皮膜は、静的な腐食性流体中では安定しています。しかし、流体が高速で流動している場合、特に砂やスラリーなどの研磨性固体粒子が含まれている場合、この保護層は物理的に削り取られる可能性があります。

不動態皮膜が剥がれた瞬間、その下にある新鮮な反応性金属が腐食性流体にさらされ、直ちに腐食が始まります。新たな不動態皮膜が形成されようとしますが、これもまた流れる流体によってすぐに削り取られてしまいます。この剥離と再腐食の急速なサイクルにより、エロージョンまたはコロージョン単独の場合よりもはるかに速い速度で材料損失が発生します。

外観と検出

エロージョン腐食は、金属表面に非常に明確な方向性のあるパターンを残します。多くの場合、溝、溝、波、涙滴型のピットとして現れ、いずれも流体の流れの方向と一致します。最もよく見られるのは、パイプのエルボ、T字継手、ポンプのインペラ、バルブの出口など、流れの方向や速度が変化する箇所です。

フレッティング腐食：振動の破壊者

フレッティング腐食 振動などのわずかな繰り返し往復運動を受ける、強く押し付けられた2つの面の接合面に発生します。ボルト接合部、圧入ベアリング、その他クランプされた機械組立において、典型的な問題です。

メカニズム：摩擦と錆

このプロセスは、2つの表面間の微細な滑り運動（フレッティング）から始まります。この動きによって金属表面の保護層である不動態皮膜が破壊され、反応性の高い新しい金属が露出します。露出した金属はすぐに酸化され、結果として生じた硬い酸化物粒子が表面の間に閉じ込められます。

これらの酸化物粒子は母材よりも硬いことが多いため、研磨粒子として作用し、摩耗を加速させ、不動態皮膜をさらに破壊します。これにより、摩擦によって酸化が促進され、結果として生じた酸化物粒子が摩擦による損傷を加速するというフィードバックループが形成されます。

外観と検出

フレッティングは、金属表面に特徴的な酸化物の破片に囲まれたピットや溝の存在によって典型的に識別されます。鋼製部品の場合、この破片は赤褐色の「ココア」パウダーのように見えます。損傷は、2つの部品間の接触領域に極めて局所的に発生します。

脱合金化：合金の弱点

脱合金選択浸出とも呼ばれる浸出は、固溶体合金から特定の元素を優先的に腐食させるプロセスです。このプロセスにより、耐腐食性の高い元素の多孔質で弱い残留物が残ります。

メカニズム：優先的除去

最も典型的な例は 真鍮の脱亜鉛真鍮は銅と亜鉛の合金です。特定の腐食環境（塩化物濃度の高い水など）では、化学的に活性の高い亜鉛が選択的に腐食され、スポンジ状の脆弱な銅組織が残ります。部品は元の形状と寸法を維持する場合もありますが、機械的強度はほぼ完全に失われ、わずかな荷重でも破損する可能性があります。

外観と検出

脱合金化の最も明らかな兆候は、多くの場合、色の変化です。脱亜鉛化の場合、黄銅は純銅の赤みがかった色に変わります。表面は無傷に見えても、簡単な引っかき試験で、その下にある素材の柔らかく多孔質な性質が明らかになります。

高温腐食：火による試練

最後のタイプの腐食は、液体電解質を必要としない点で独特です。 高温腐食 高温のガス雰囲気との直接反応によって生じる物質の化学的劣化。最も一般的な形態は 酸化.

メカニズム：水を超えて

高温（例えば炉内など）では、 ジェットエンジン（または排気システム）など、金属は環境中のガス、特に酸素、硫黄、その他の酸化剤と直接反応することがあります。この反応により、金属の表面にスケールの固層が形成されます。このスケールが保護作用を持つか破壊作用を持つかは、材質と温度によって異なります。スケールが緻密でしっかりと付着している場合は、腐食の進行を遅らせることができます。一方、多孔質であったり、簡単に剥がれ落ちたりする場合は、新しい金属が継続的に腐食にさらされ、急速な材料損失につながります。

外観と検出

高温腐食は通常、部品の表面に厚く、しばしば変色したり剥がれたりするスケール層として現れ、一目瞭然です。エンジニアリング上の課題は、それを検知することではなく、必要な動作温度で腐食に耐えられる材料（ニッケル基超合金やセラミックなど）を選択することです。

結論：認識から予防へ

腐食は単一の敵ではありません。少なくとも10種類の異なる形態の攻撃を伴う、多面的な自然の力です。私たちは、鉄骨の目に見えて均一な錆から、航空機を倒壊させる可能性のある、目に見えない応力による亀裂まで、様々な事例を研究してきました。

これら10種類のタイプを理解することは、効果的な信頼性解析プログラムや故障解析プログラムにおいて、最初かつ最も重要なステップです。 メカニズム 電気的な攻撃、局所的な攻撃、機械的な攻撃など、攻撃の種類に応じて、エンジニアは適切な予防策を講じることができます。 材料の変更保護コーティングを施したり、環境を変えたり、応力集中部をなくすために部品を再設計したりといった対策を講じる。腐食対策の核心は、敵を知ることだ。

よくある質問（FAQ）

腐食の 3 つの主なグループは何ですか?

具体的な種類は多数ありますが、概念的には 3 つのカテゴリに分類できます。

1. 一般的な腐食: 腐食が表面全体にほぼ均一に広がっている場合 (例: 均一腐食)。
2. 局所腐食: 腐食が特定の狭い領域に集中し、危険性がはるかに高くなります (例: ピット、クレバス、SCC)。
3. 機械的腐食促進： 機械的な力によって腐食が加速される場所（例：エロージョン腐食、フレッティング）。

腐食の一般的な例は何ですか?

• ユニフォーム： 古い車のスチールボディパネルの錆。
• ガルバニック： 真鍮製の器具に使用すると、鉄製のネジが急速に錆びてしまいます。
• 孔食： 塩にさらされたステンレス製調理器具に、小さくて深い穴が開きます。
• 隙間： ボートトレーラーのボルトの頭の下に隠れた腐食。
• SCC: アンモニアベースの洗浄剤にさらされた真鍮バルブステムのひび割れ。

なぜ 8 種類または 10 種類の腐食に関する異なるリストが存在するのでしょうか?

腐食科学は複雑で、専門家によって現象の分類が異なる場合があります。「8つの 「タイプ」は一般的であり、最も一般的な産業 問題。ここで紹介した10項目のリストはより包括的であり、脱合金化や高温腐食といった、より専門的だが同様に重要な形態も含まれることが多い。 エンジニアリング 把握する。

参考情報

1. AMPP（旧NACEインターナショナル）。（2022）。 腐食の基礎。 取得元 AMPPの腐食リソース
2. アメリカ金属学会（ASM）インターナショナル（2005年）。 ASMハンドブック、第13B巻：腐食：材料。 取得元 ASMインターナショナルハンドブック (査読済みの決定的なエンジニアリング ハンドブックであり、合金の選択を検証するためにエンジニアが参照する主要な情報源です)。

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