2005年 千葉工業大学大学院 工学研究科 金属工学専攻を修了
2005年 金属加工メーカー 研究開発部に入社
2013年 建設機械メーカー 研究開発部に転職
2017年 技術士(金属部門)取得
2019年4月より独立開業 福崎技術士事務所開設
金属材料の破損・不具合に関する分析調査を専門とし、企業のコンサルやセミナー講演を行う。これまでに「マグネシウム合金の腐食」「屋根の腐食評価」「歯車など機械部品の疲労破壊の評価」「自動車部品破損の破面分析」「各種試作試料の材料分析試験」などがある。
書籍・執筆
『金属材料の疲労破壊・腐食の原因と対策』(2021)日刊工業新聞社
「機械設計」連載講座『金属材料の基礎と不具合調査の進め方』Vol.64,No.4～8(2020)日刊工業新聞社
「軽金属」Vol.55,No.9(2005)に『AZ91マグネシウム合金における腐食挙動とミクロ組織の関係』など
腐食の問題を取り上げる際、大まかには「金属材料自身の要因」と「環境的要因」に分けて考えます。金属自身の要因とは電気化学的性質、表面状態などです。これら性質は鉄、ステンレス、銅、アルミニウムなど金属材料の種類によって異なります。そのため、腐食の形態や様子も金属によって特徴が異なります。また、腐食生成物であるさびの色や形態なども金属材料によって異なります。一方、環境的要因は水、酸素、塩化物イオンなどになります。
腐食に関係する金属の要因としては、大きく以下の3種類があります。
電気化学とは化学反応の中でも電子やイオンなどの電荷を扱う分野のことです。電気化学の技術範囲は広く、腐食やめっき防食の他に電池や電解精錬などにも応用されています。腐食における電気化学反応は金属のイオン化、電子と水や酸素の反応などが当てはまります。
そして腐食反応の基本は金属がイオン化することです。金属がイオン化すると水の中に溶け出したり、さびなどの腐食生成物を作り出したりします。金属の種類によって密度や硬さなどの性質が異なるように、金属の種類によってイオン化する強さも異なります。これは金属が備える化学的性質であり、つまり金属固有の性質・特性になります。
さらに、腐食しやすい金属、腐食しにくい金属に分かれます。例えば日常的な環境では、鉄も銅も腐食やさびが発生します。しかし、鉄と銅ではイオン化する強さは鉄の方が強いため、鉄の方が腐食されやすい金属と言えます。もちろん鉄鋼材料の中でも腐食しにくい合金もありますが、ベースとなる鉄の影響が大きいので、このような性質は金属材料の種類を決めれば、腐食反応の大枠が決まります。
きれいに研磨した金属表面は鏡のように光沢がありますが、空気中の酸素によって薄い透明な酸化膜が存在します。金属の種類によって膜の厚い、薄いという違いはあっても、酸化膜があるということに変わりありません。酸化膜のない金属はほとんどありません。
腐食反応では、水や酸素が最初に触れるのは金属表面にある酸化膜です。そのため、腐食しやすいかどうかは、表面の酸化膜の性質や厚さがとても影響します。もし酸化膜が水や酸素を防いでくれたら金属は腐食されずにすみます。しかし、酸化膜が水や酸素をどんどん金属内部に浸透する時は腐食が進行します。この違いは鉄鋼とステンレス鋼に見られます。
鉄鋼もステンレス鋼もどちらも鉄をベースにした合金ですが、一般的な環境では、ステンレス鋼の方が腐食に強いです。もちろん鉄鋼とステンレス鋼では添加される合金元素の量も違いますが、腐食に対する最も大きな違いは表面の酸化膜の性質です。鉄鋼の酸化膜は水や酸素を腐食から保護する作用はほとんどないので腐食が内部に浸透しますが、ステンレス鋼の酸化膜は腐食からステンレス鋼を保護する作用があります。
腐食の特徴でもあるさびも「酸化膜が堆積した物」という見方もできます。鉄の表面に見られる赤さびや黒さびも酸化膜の1種です。酸化膜やさびは各金属につき1種類ではなく、いくつか種類があります。この場合、さびというよりも「腐食生成物」という呼び名の方がよいです。生成された腐食生成物(化合物)の性質や緻密さなどによって水や酸素が下地金属とどのように反応するか変わるためです。
金属の表面状態は製品によってさまざまです。非常に平らで滑らかな面もあれば、比較的粗い表面もあります。これは「表面粗さ」として表されます。金属製品が置かれている環境は屋内もあれば屋外もあります。また機械部品のケースの時もあれば、その内部のパーツの時もあります。金属部品が屋外に近くなるほど、雨水にぬれ、表面には汚れ、油脂などが付着しやすくなります。このような金属の表面の形状や汚れも腐食に影響します。
表面がでこぼこしていれば、へこんでいるところは水が乾きにくく汚れがたまりやすくなります。そして、汚れや油脂なども腐食の原因となり悪影響を及ぼします。対して、きれいに清掃された平らな面は、腐食されにくくなります。腐食反応では表面全てが一気に腐食されるのではなく、汚れや異物などがある場所から腐食が進行します。
もちろん金属製品は単純な板や棒ではなく、いろいろな形状や部品を組み合わせて使用されています。そのようなつなぎ目や角部なども最初に腐食されやすい場所です。単純なことですが、金属製品を常にきれいに清掃するだけでも腐食防止としてよい効果があります。
このように、腐食に影響する金属的な要因はたくさんあります。しかし、腐食には環境的要因も大きく影響します。鉄は「さびやすい金属」といわれますが、使用する状況や周りの環境次第ではさびにくくすることもできます。1つだけの要因だけで腐食しやすさを判断するのではなく、いろいろな要因を踏まえて腐食を捉えることが大事です。
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