金属の耐食性

耐食性とは何ですか?

金属が腐食に耐える能力を耐食性といいます。この能力は、特定の条件下での腐食速度によって決まります。定量的および定性的特性は、腐食の程度を評価するために使用されます。

定性的特徴は次のとおりです。

• 金属表面の外観を変える。

• 金属の微細構造の変化。

量的な特徴は次のとおりです。

• 最初の腐食焦点が現れる前の時間。

• 一定期間内に形成された腐食焦点の数。

• 単位時間当たりの金属の薄化。

• 単位時間当たりの単位面積当たりの金属の質量の変化。

• 単位時間当たりの単位表面当たりの腐食中に吸収または放出されるガスの体積。

• 所定の腐食速度に対する電流密度。

• 一定期間にわたる特性の変化（機械的特性、反射率、電気抵抗）。

金属が異なれば、耐食性も異なります。耐食性を高めるために、鋼の合金化、クロムメッキ、アルミニウムメッキ、ニッケルメッキ、塗装、亜鉛コーティング、不動態化などの特別な方法が使用されます。

鉄鋼

酸素と純水の存在下では、鉄は急速に腐食し、反応は次の式に従って進行します。

腐食の過程では、緩んだ錆の層が金属を覆いますが、この層は金属をさらなる破壊からまったく保護せず、金属が完全に破壊されるまで腐食が続きます。鉄のより活発な腐食は塩溶液によって引き起こされます。空気中に少しでも塩化アンモニウム (NH4Cl) が存在すると、腐食プロセスははるかに速く進行します。塩酸（HCl）の弱い溶液でも反応は活発に進行します。

濃度が 50% を超える硝酸 (HNO3) は金属の不動態化を引き起こします。金属は壊れやすいとはいえ、保護層で覆われます。蒸発した硝酸は鉄にとって安全です。

70％を超える濃度の硫酸（H2SO4）は鉄を不動態化し、鋼クラスSt3を90％硫酸中で40℃の温度で保管した場合、この条件下では腐食速度は年間140ミクロンを超えません。温度が 90 °C の場合、腐食は 10 倍の速度で進行します。鉄濃度50％の硫酸は溶けます。

リン酸 (H3PO4) は鉄を腐食せず、アルカリ溶液、アンモニア水、乾燥 Br2 および Cl2 などの無水有機溶媒も腐食しません。

クロム酸ナトリウムの1000分の1を水に添加すると、ヘキサメタリン酸ナトリウムと同様に優れた鉄腐食防止剤になります。しかし、塩素イオン (Cl-) は鉄の保護膜を剥がし、腐食を促進します。鉄は技術的に純粋で、不純物が約 0.16% 含まれており、耐腐食性に優れています。

中合金鋼および低合金鋼

低合金鋼および中合金鋼にクロム、ニッケル、または銅を合金添加すると、水や大気腐食に対する耐性が向上します。クロムが多ければ多いほど、鋼の耐酸化性は高くなります。しかし、クロムが 12% 未満の場合、化学的に活性な媒体はそのような鋼に破壊的な影響を及ぼします。

高合金鋼

高合金鋼では、合金成分が 10% 以上含まれます。鋼に 12 ～ 18% のクロムが含まれている場合、その鋼はほぼすべての有機酸や食品との接触に耐え、硝酸 (HNO3)、塩基、多くの塩水にも耐性があります。 25% ギ酸 (CH2O2) では、高合金鋼は年間約 2 mm の速度で腐食します。ただし、強力な還元剤、塩酸、塩化物、ハロゲンは高合金鋼を破壊します。

8 ～ 11% のニッケルと 17 ～ 19% のクロムを含むステンレス鋼は、高クロム鋼だけよりも耐食性が高く、クロム酸や硝酸などの酸性酸化媒体や強アルカリにも耐えます。

添加剤としてのニッケルは、非酸化環境や大気要因に対する鋼の耐性を高めます。しかし、環境は酸性、還元性、ハロゲンイオンの酸性です。ハロゲンイオンは不動態化酸化物層を破壊し、その結果、鋼は酸に対する耐性を失います。

モリブデンを1～4％添加したステンレス鋼は、クロムニッケル鋼よりも耐食性が高くなります。モリブデンは硫酸、硫酸、有機酸、海水、ハロゲン化物に対する耐性を与えます。

フェロシリコン（鉄に13～17％のシリコンを添加したもの）、いわゆる鉄シリコン鋳物は、SiO2の酸化皮膜の存在により耐食性があり、硫酸、硝酸、クロム酸では破壊されません。この保護フィルムを強化するだけです。しかし、塩酸 (HCl) はフェロシリコンを容易に腐食します。

ニッケル合金と純ニッケル

ニッケルは、大気と実験室の両方の多くの要因、きれいな水と塩水、炭酸塩、酢酸塩、塩化物、硝酸塩、硫酸塩などのアルカリ塩と中性塩に対して耐性があります。酸素を含まず非加熱の有機酸は、最大 60% の濃度の沸騰した濃アルカリ性水酸化カリウム (KOH) と同様に、ニッケルに悪影響を及ぼしません。

腐食は、還元性および酸化性媒体、酸化性アルカリ塩または酸性塩、窒素、湿ったガス状ハロゲン、窒素酸化物、二酸化硫黄などの酸化性酸によって引き起こされます。

モネル金属 (最大 67% のニッケルと最大 38% の銅) は純粋なニッケルより耐酸性がありますが、強酸化性の酸の作用には耐えられません。それは、有機酸、かなりの量の塩溶液に対するかなり高い耐性が異なります。大気腐食や水による腐食はモネルメタルを脅かしません。フッ化物も彼にとって安全です。モネルメタルは、プラチナと同様に 40% の沸騰フッ化水素 (HF) に安全に耐えます。

アルミニウム合金および純アルミニウム

アルミニウムの保護酸化膜により、一般的な酸化剤、酢酸、フッ素、大気のみ、および大量の有機液体に対する耐性が得られます。不純物が 0.5% 未満である技術的に純粋なアルミニウムは、過酸化水素 (H2O2) の作用に対して非常に耐性があります。

強力な還元環境では腐食性塩基の作用により破壊されます。希硫酸や発煙硫酸はアルミニウムに悪影響を及ぼしませんが、中濃度の硫酸や熱硝酸はアルミニウムを破壊します。

塩酸はアルミニウムの保護酸化膜を破壊する可能性があります。アルミニウムと水銀または水銀塩との接触は、前者にとっては破壊的です。

純アルミニウムは、耐食性が低いジュラルミン合金（銅 5.5%、マグネシウム 0.5%、マンガン 1% まで）などよりも耐食性が高くなります。この点では、Silumin (シリコンを 11 ～ 14% 添加) の方が安定しています。

銅合金と純銅

純銅とその合金は、塩水や空気中で腐食しません。銅は、希塩基、乾燥NH3、中性塩、乾燥ガス、およびほとんどの有機溶媒による腐食の心配がありません。

銅を多く含む青銅などの合金は、室温 (25 °C) で冷濃硫酸や熱希硫酸、あるいは濃塩酸や希塩酸などの酸への暴露にも耐えます。

酸素が存在しない場合、銅は有機酸と接触しても腐食しません。フッ素も乾燥フッ化水素も銅に対して破壊的な影響を及ぼしません。

しかし、銅合金と純銅は​​、酸素が存在する場合や、湿った NH3、一部の酸塩、アセチレン、CO2、Cl2、SO2 などの湿ったガスと接触すると、さまざまな酸によって腐食されます。銅は水銀と容易に相互作用しますが、真鍮（亜鉛および銅）は耐腐食性があまり高くありません。

ここで詳細を確認してください — 電気工学における銅とアルミニウム

純亜鉛

きれいな水は、きれいな空気と同様、亜鉛を腐食しません。しかし、水や空気中に塩、二酸化炭素、アンモニアが存在すると、亜鉛の腐食が始まります。亜鉛は塩基に、特に硝酸 (HNO3) には速く溶解しますが、塩酸や硫酸にはゆっくりと溶解します。

有機溶剤や石油製品は一般に亜鉛に腐食作用を及ぼしませんが、分解ガソリンなどと長時間接触すると、空気中で酸化してガソリンの酸性度が高まり、亜鉛の腐食が始まります。

純鉛

鉛の水および大気腐食に対する高い耐性はよく知られている事実です。腐食しない 私がリードします そして土の中にいるとき。しかし、水に二酸化炭素が多く含まれている場合、重炭酸鉛が形成されるため、鉛が水に溶解します。重炭酸鉛はすでに溶解しています。

一般に、鉛は中性溶液に対しては非常に耐性があり、アルカリ溶液に対しては中程度の耐性があり、また一部の酸（硫酸、リン酸、クロム酸、硫酸）に対しても耐性があります。 25℃の温度で濃硫酸（98％以上）を使用すると、鉛はゆっくりと溶解します。

濃度 48% のフッ化水素は加熱すると鉛を溶解します。鉛は、塩酸、硝酸、ギ酸、酢酸と強く反応します。硫酸は鉛を塩化鉛 (PbCl2) のわずかに溶ける層で覆い、それ以上の溶解は進みません。濃硝酸では鉛も塩の層で覆われますが、希硝酸では鉛が溶解します。塩化物、炭酸塩、硫酸塩は鉛に対して攻撃的ではありませんが、硝酸塩溶液はその逆です。

純チタン

優れた耐食性はチタンの特徴です。強力な酸化剤によって酸化されず、塩溶液、FeCl3 などにも耐えます。濃鉱酸は腐食を引き起こしますが、濃度 65% 未満の沸騰硝酸、5% までの硫酸、5% までの塩酸でもチタンは腐食しません。塩基、アルカリ塩、有機酸に対する通常の耐食性は、チタンを他の金属と区別します。

純ジルコニウム

ジルコニウムはチタンよりも硫酸や塩酸に対して耐性がありますが、王水や湿った塩素に対しては耐性が劣ります。ほとんどの塩基および酸に対して高い耐薬品性があり、過酸化水素 (H2O2) にも耐性があります。

特定の塩化物、沸騰濃塩酸、王水（濃硝酸 HNO3 (65 ～ 68 wt.%) と生理食塩水 HCl (32 ～ 35 wt.%) の混合物、熱濃硫酸および発煙硝酸の作用）腐食に関して言えば、これはジルコニウムの疎水性などの特性です。つまり、この金属は水または水溶液によって濡れません。

純粋なタンタル

タンタルの優れた耐薬品性はガラスと同様です。その緻密な酸化膜は、150℃までの温度で塩素、臭素、ヨウ素の作用から金属を保護します。通常の条件下ではほとんどの酸はタンタルに作用せず、王水や濃硝酸でさえ腐食を引き起こしません。アルカリ溶液はタンタルにほとんど影響を与えませんが、フッ化水素がタンタルに作用するため、タンタルを溶解するには濃縮した熱アルカリ溶液が使用され、アルカリ溶融物が使用されます。