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金属表面の隠れた脅威：孔食とは何かご存知ですか？
金属表面には、孔食と呼ばれる非常に破壊的な腐食現象が隠れています。この形態の腐食は非常に局所的であり、小さな穴がランダムに生成され、金属構造に重大な損傷を引き起こします。孔食の推進力は、これらの領域が陽極 (酸化反応) となり、周囲の広い領域が陰極 (還元反応) となり、極度に局所的な電気化学的腐食が起こることで保護が失われることによって発生します。腐食プロセスが深まると、金属の内部が影響を受け、全体の安定性が脅かされます。
孔食の進行プロセスは 3 つのステップで簡単に説明できます。第 1 ステップは孔食の初期化、第 2 ステップは準安定細孔の成長、第 3 ステップはより大きく安定した細孔の成長です。
ピッチングの形成は 2 段階のプロセスと見なすことができます。最初に核形成、その後に成長が続きます。金属表面の保護層が損傷すると、腐食が始まります。この破壊は物理的損傷または化学反応が原因である可能性があり、塩化物イオンやチオ硫酸イオンなどの破壊的な特性を持つ陰イオンがプロセスを加速します。
液体環境では、腐食が進行すると、アノード領域とカソード領域に小さな電気化学セルが形成され、さまざまな場所で酸化および還元反応が発生します。
この現象は、金属を塩化ナトリウムを含む酸化性水溶液に浸漬すると発生します。このプロセスでは、金属の酸化反応と酸素の還元反応が異なる速度で進行し、その結果、金属の表面に新たな腐食領域が生じます。特に酸性条件下では、腐食反応速度が大幅に増加します。
無視できないのは、異なる合金と環境の組み合わせが孔食の発生に影響を与えることです。鋼などの金属は、pH 10 未満の環境では保護酸化膜を形成しません。pH 10 を超える環境では、塩化物イオンが添加されると表面全体に均一な腐食が発生します。比較的安全です。
低酸素環境でも孔食が発生する可能性があり、多くの還元性物質により保護酸化膜が溶解する可能性が高くなります。
興味深いことに、この腐食は単なる酸化還元反応の結果ではありません。産業環境における微生物の活動や局所的な酸素濃度の変化など、腐食のさらなる進行に影響を与える要因は他にもたくさんあります。これらは腐食状態の変化につながる可能性があり、これらの変化を予測することは非常に困難です。
孔食を防止および管理する戦略には、クロム酸塩や亜硝酸塩などのさまざまな腐食防止剤の使用が含まれます。これらの化学物質は金属表面に保護膜を形成し、さらなる腐食反応を防ぎます。
腐食防止剤を使用した場合でも、その濃度が低すぎると、局所的な陽極形成が発生し、腐食が悪化する可能性があります。
プロジェクトの失敗は、孔食の潜在的なリスクを示しています。たとえば、1992 年にメキシコのグアダラハラで起きた爆発事故は、鋼製ガソリン パイプラインの孔食による漏れが原因でした。多くのインフラストラクチャでは、このような 1 つの小さな穴が大きな損害を引き起こす可能性があり、このリスクを検出するのは容易ではないことがよくあります。
たとえば、腐食性の弾薬を使用した後、銃身の洗浄が間に合わないと、孔食が発生しやすくなり、ライフリングの変形につながり、射撃の精度に影響を及ぼします。実験室では、腐食による機器の損傷もその性能と耐用年数に影響を与える可能性があり、特に有害なガスを伴う換気システムでは、腐食の問題に注意して対処する必要があります。
構造物や航空宇宙などのハイエンド技術分野では、孔食の存在がシステム全体の安全性に目に見えない影響を及ぼす可能性があります。材料特性の理解が徐々に深まるにつれ、金属表面に潜む孔食を効果的に防止・管理する方法が新たな技術課題となっています。
