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なぜ一部の合金は塩化物中でより簡単に腐食するのでしょうか?その背後にある科学は何ですか?
金属腐食の世界では、孔食腐食は極めて局所的な腐食の一種で、金属表面に小さな穴がランダムに形成されることが多いです。この現象の原動力は、金属表面を保護する不動態膜の破壊にあります。この小さな領域は陽極となり酸化反応を起こし、他の領域は陰極となり還元反応を起こすため、非常に局所的なバッテリー反応が発生します。これにより、イオンの拡散が制限され、金属の奥深くまで腐食が浸透します。
Frankel (1998) によると、孔食の発生は 3 つの連続した段階に分けられます。まず保護膜が破壊され、次に不安定な点が成長し、最後に安定した大きな孔が形成されます。
自然環境では、塩化物や硫酸塩、ヨウ化物などの反応性陰イオンがこの過程を加速させる可能性があります。ステンレス鋼やニッケル合金などの多くの合金は、通常の条件下では優れた耐腐食性を発揮しますが、塩化物が存在すると機能しなくなり、早期に孔食腐食を引き起こす可能性があります。
ピットのメカニズム
ピットの形成は、核形成と成長という 2 段階のプロセスとして考えることができます。金属基板と腐食性液体との間の保護は、通常、酸化物層の存在により腐食を防止するのに効果的です。しかし、保護膜が局所的に損傷すると、その部分が陽極となり、周囲の金属表面が陰極となります。陽極領域の金属が酸化し始め、ピットが形成されます。
エッチングの成長は自己触媒プロセスであると考えられます。陽極と陰極が分離すると電位勾配が生じ、反応性陰イオン（塩化物など）がピットに押し込まれます。アメリカ金属学会は、これがピット発生の根本的な原因であると示唆しています。
塩化物と環境要因の役割
塩化物は、さまざまな合金における孔食の主な原因の 1 つです。金属（ステンレス鋼など）が塩化物環境にさらされると、これらの陰イオンが保護膜を貫通し、保護効果が弱まる可能性があります。さらに、溶存酸素の少ない水や養殖業で活性な塩化物が環境中に残っている場合、孔食が発生する可能性が大幅に高まります。
例えば、炭素鋼はpH値が10未満の環境では不動態酸化膜を形成せず、塩化物を添加すると均一腐食が発生しますが、pH値が10を超えるとこの状況はなくなります。
ピットを防ぐ方法
クロム酸塩や亜硝酸塩などの一般的に使用される工業用防腐剤は、金属表面の不動態を効果的に回復し、孔食腐食のリスクを軽減することができます。化学成分の比率を制御することで、合金の耐食性も向上します。ただし、必要な腐食防止剤がない場合、局所的な陽極が形成され、腐食障害が悪化する可能性があります。
失敗したプロジェクトから学んだ教訓エンジニアリング プロジェクトでは、孔食の影響は極めて深刻になる可能性があります。 1992年、メキシコのグアダラハラでガソリン漏れにより数キロの道路が破壊されました。この悲劇の原因は金属パイプの1箇所の腐食でした。金属の孔食を理解し、予防することが、潜在的な災害を防ぐ鍵であると言えます。
ますます複雑化する産業環境において、塩化物中で合金が容易に腐食される問題を効果的に防止し、制御するにはどうすればよいでしょうか。
