CN113899678A - 电极部装置、包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电极部装置、包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法以及包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置。电极部装置是一种用于包覆金属材料的耐腐蚀性试验的电极部装置,该包覆金属材料是在金属基材上设置表面处理膜而形成的,该电极部装置包括:容器主体,其呈筒状且放置在所述表面处理膜上,并在内部保持与该表面处理膜相接触的含水材料;盖部,其封住所述容器主体的上侧开口部;通孔,其设置在所述容器主体的上侧侧壁上;以及电极,其与收纳在所述容器主体的内部的所述含水材料相接触。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于包覆金属材料(coated metal material)的耐腐蚀性试验的电极部装置、包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法以及包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置。
背景技术
到目前为止,作为评价涂膜性能的方法,进行了复合循环试验、盐水喷雾试验等加速腐蚀试验。
但是,在上述加速腐蚀试验中,为了进行评价需要花费数月时间,因此例如难以简便地评价涂装钢板的构成材料、烘烤条件不同的涂膜的膜质量,难以迅速地实现涂装条件的最优化等。因此,在材料开发、涂装工厂的工序管理、车辆防锈所涉及的品质管理的领域中,期望确立一种迅速且简便地评价涂装钢板的耐腐蚀性的定量评价方法。
相对于此,在专利文献1中记载有如下评价形成在金属部件表面的皮膜的耐腐蚀性的方法:将金属部件和对电极部件浸渍在水或电解质溶液中,将测定电源的负极端子侧与金属部件电连接,将测定电源的正极端子侧与对电极部件电连接,基于从对电极部件通过皮膜向金属部件流动的氧极限扩散电流来评价该皮膜的防腐蚀性能。
在专利文献2中记载有如下评价方法:经由电解质材料将电极布置在涂装金属材料的涂膜表面侧,在涂装金属材料的基材与涂膜表面之间施加电压,并基于涂膜绝缘击穿时的电压值来评价涂装金属材料的耐腐蚀性。
在专利文献3中记载有如下评价方法:经由电解质材料将电极布置在涂装金属材料的涂膜表面侧,使电解质材料往涂装金属材料的涂膜渗透,在涂装金属材料的基材与涂膜表面之间施加电压,并基于与随着施加该电压而流动的电流相关的值来评价涂装金属材料的耐腐蚀性。
在专利文献4中记载有如下涂装金属的耐腐蚀性评价方法:通过溶液在对电极对涂装金属连续或间歇地施加直流电压或直流电流,根据涂装金属的阳极化所引起的从涂装金属的涂膜欠缺部剥离的涂膜剥离宽度来判断涂装金属的优劣。
另外,本申请发明者们也注意到了包覆金属材料的腐蚀大多是因为金属基材的表面处理膜的伤痕才进行的,并且已经对模拟这种腐蚀的电化学耐腐蚀性试验方法提交了专利申请(专利文献5、日本专利申请第2019-534500号等)。
专利文献1:日本公开专利公报特开2007-271501号公报
专利文献2:日本公开专利公报特开2016-50915号公报
专利文献3:日本公开专利公报特开2016-50916号公报
专利文献4:日本公开专利公报特开昭59-48649号公报
专利文献5:日本公开专利公报特开2019-032171号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
专利文献1~5中记载的耐腐蚀性试验方法以及装置均采用电化学方法,在使电解质溶液等与表面处理膜相接触的状态下进行试验。在该情况下,如果在试验中电解质溶液等挥发,电解质溶液的量减少,则试验的可靠性就有可能降低。在试验中由于化学反应而产生气体的情况下,如果将收纳有电解质溶液等的容器完全密封起来,则容器的内压上升,就有可能导致电解质溶液从容器与表面处理膜之间泄漏或导致容器破损等问题出现。
因此,本公开的目的在于:提供一种可靠性和安全性优异的用于包覆金属材料的耐腐蚀性试验的电极部装置、包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法以及包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置。
-用于解决技术问题的技术方案-
为了解决上述技术问题,此处公开了一种电极部装置,其用于包覆金属材料的耐腐蚀性试验,所述包覆金属材料是通过在金属基材上设置表面处理膜而形成的,其特征在于:该电极部装置包括:容器主体,其呈筒状且放置在所述表面处理膜上,并在内部保持与该表面处理膜相接触的含水材料;盖部,其封住所述容器主体的上侧开口部;通孔,其设置在所述容器主体的上侧侧壁上;以及电极,其与收纳在所述容器主体的内部的所述含水材料相接触。
在使含水材料与表面处理膜相接触的状态下,有时通过电化学方法进行包覆金属材料的耐腐蚀性试验。在这种耐腐蚀性试验中,如果在试验中含水材料的成分挥发,则试验的可靠性就有可能降低。根据本构成方式,由于利用盖部封住筒状容器主体的上侧开口部,因此即使含水材料的挥发成分在容器主体内向上方移动,也能够抑制挥发成分向容器主体的外部释放。这样一来,能够抑制在试验中含水材料减少。在使含水材料和包覆金属材料的温度上升而进行试验的情况下,也能够提高保温效率。
需要说明的是,在试验中,有时会由于化学反应而产生气体。在该情况下,如果将容器主体完全密封起来,则容器主体的内压上升,就有可能导致含水材料从容器主体与表面处理膜之间泄漏或容器破损等。在本构成方式中,由于在容器主体的上侧侧壁上设置有贯穿该侧壁的孔部,因此即使在试验中产生气体,也能够从通孔将气体排出,从而能够抑制容器主体的内压上升。进而,由于上述通孔设置在容器主体的上侧侧壁(上述容器主体的比上述含水材料的上表面更靠上侧的侧壁)上,因此与例如在下侧侧壁(上述容器主体的比上述含水材料的上表面更靠下侧的侧壁)以及盖部等设置通孔的情况相比,能够抑制含水材料渗漏、含水材料的挥发成分释放等。
优选的是,所述通孔用于引出所述电极或与所述电极相连的布线、用于注入所述含水材料、以及/或者用于释放所述容器主体的内压。
由于在容器主体上设置有盖部,因此需要孔,所述孔用于引出电极或布线、用于注入含水材料、以及/或者用于释放容器主体的内压。在本构成方式中,能够将上述通孔用于引出电极或布线、用于注入含水材料、以及/或者用于释放容器主体的内压。
优选的是,电极部装置包括:孔,其设置在所述容器主体的下侧侧壁上并贯穿到所述容器主体的内部;以及温度检测单元,其插入所述孔中并检测所述含水材料的温度。
在上述耐腐蚀性试验中,含水材料的温度、特别是表面处理膜附近的含水材料的温度尤为重要。根据本构成方式,通过将温度检测单元插入以贯穿到容器主体的内部的方式设置在容器主体的下侧侧壁(上述容器主体的比上述含水材料的上表面更靠下侧的侧壁)上的孔中,从而能够检测容器主体内部的含水材料的温度,因此能够适当地管理含水材料的温度。
优选的是,所述金属基材由钢材制成,所述电极部装置包括设置在所述容器主体的底面侧的环状磁铁。
在金属基材由钢材制成的情况下,通过在容器主体的底面侧布置磁铁,从而能够确保电极部装置与包覆金属材料之间充分的紧贴性。这样一来,能够抑制含水材料从电极部装置与包覆金属材料之间的间隙漏出。
优选的是,电极部装置包括设置在所述容器主体的底面侧并放置在所述表面处理膜上的由硅酮树脂制成的筒状底部。
根据本技术,通过在与表面处理膜相接触的容器主体的底面侧设置由硅酮树脂制成的底部,从而能够填埋容器主体与表面处理膜之间的间隙,能够有效地抑制含水材料从电极部装置与表面处理膜之间漏出。
优选的是,所述盖部由从丙烯酸树脂、环氧树脂以及芳香族聚醚醚酮(PEEK)组成的组中选出的至少一种树脂材料制成。
根据本技术,能够确保含水材料保持部与外部之间的绝缘性,并且能够使电极部装置实现轻量化及低成本化,进而能够使耐腐蚀性试验装置实现轻量化及低成本化。
此处公开了一种包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置,所述包覆金属材料是通过在金属基材上设置表面处理膜而形成的,其特征在于:该包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置包括:一个或两个任一所述电极部装置;外部电路,其将所述电极与所述金属基材之间电连接起来,或者将两个所述电极之间电连接起来;以及通电单元,其设置在所述外部电路上,并将所述电极和所述金属基材分别作为阳极和阴极,或者将两个所述电极中的一者和另一者分别作为阳极和阴极,在两者之间通电,由此来使所述包覆金属材料的腐蚀进行。
已知:金属的腐蚀是通过同时进行与水接触的金属溶解(离子化)而产生自由电子的阳极反应(氧化反应)和水中的溶解氧等因该自由电子而生成氢氧基OH-等的阴极反应(还原反应)而进行下去的。
在本构成方式中,将电极和金属制基材分别作为阳极和阴极,或者将两个电极中的一者和另一者分别作为阳极和阴极,并在两者之间通电。
在以电极为阳极、以金属基材为阴极进行通电的情况下,如果渗透到表面处理膜中的含水材料到达金属基材,则在含水材料与金属基材的接触部进行阴极反应。在将两个电极中的一者作为阳极,将另一者作为阴极的情况下,在位于成为阳极的电极侧的金属基材与含水材料的接触部进行阴极反应。并且,无论哪种情况,都根据通电条件对水进行电解,从而生成氢。
当进行阴极反应时,由于生成OH-,因而含水材料与金属基材的接触部周边成为碱性环境。这样一来,金属基材表面的基底处理层(化学转化处理层)就会遭受破坏,表面处理膜的紧贴性下降(在没有进行基底处理的情况下,单纯为金属基材与表面处理膜的紧贴性下降),从而在接触部,表面处理膜产生膨胀。由于水电解或H+还原而生成的氢促进表面处理膜膨胀。这种阴极反应的进行以及表面处理膜膨胀的发生是加速再现包覆金属材料实际腐蚀的过程。因此,例如通过观察在接触部产生的表面处理膜膨胀的进展程度,就能够测量包覆金属材料的腐蚀的进行程度。
优选的是,所述包覆金属材料形成有贯穿所述表面处理膜而到达所述金属基材的伤痕,所述容器主体布置成保证所述含水材料与所述伤痕相接触,所述包覆金属材料的腐蚀的进行表现为在所述伤痕的周围产生的所述表面处理膜的膨胀,所述包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置还包括:第一测量装置,其测量所述伤痕的大小;第二测量装置,其测量所述表面处理膜的膨胀大小;计算单元,其根据由所述第一测量装置测量出的所述伤痕的大小、和由所述第二测量装置测量出的所述表面处理膜的膨胀大小,计算所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度;以及补正单元,其根据所述伤痕的大小、和预先通过试验求出的伤痕的大小与所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度之间的相关关系,对由所述计算单元计算出的所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度进行补正。
一般而言,在包括表面处理膜的包覆金属材料中,例如盐水等腐蚀因子渗透至表面处理膜并到达金属基材后,腐蚀因此而开始。即,包覆金属材料的腐蚀过程分为发生腐蚀之前的过程和腐蚀进行的过程,通过分别求出腐蚀开始之前的期间(腐蚀抑制期间)和腐蚀的进行速度(腐蚀进展速度),从而能够对包覆金属材料的腐蚀过程进行评价。
如本构成所述的那样,在包覆金属材料形成有贯穿表面处理膜而到达上述金属基材的伤痕的情况下,如果以与伤痕相接触的方式布置作为腐蚀因子的含水材料,则含水材料浸入伤痕的内侧,并到达金属基材的露出部。当含水材料与金属基材的露出部接触时,就在该露出部开始腐蚀。即,包覆金属材料形成有伤痕,因而能够在包覆金属材料的腐蚀过程中模拟地形成腐蚀抑制期间结束时的状态。然后,经由通电,在进行阴极反应的金属基材的露出部的周围,表面处理膜产生膨胀。这样一来,通过观察该表面处理膜膨胀的进展程度,就能够高精度地评价包覆金属材料的腐蚀过程中的腐蚀进展速度。
需要说明的是,如果进行阴极反应的伤痕的大小存在偏差,则在伤痕处进行的水的电解反应的进行程度、由表面处理膜的溶胀引起的伤痕的闭合程度、在表面处理膜的膨胀部内产生的氢的去气程度等也会产生偏差。这样一来,表面处理膜的膨胀大小也会产生偏差,耐腐蚀性试验的可靠性就会降低。但是,难以形成大小完全相同的伤痕以抑制上述偏差发生。
在本构成方式中,使用第一测量装置和第二测量装置,分别测量通电前的伤痕的大小和通电后的表面处理膜的膨胀大小,根据这些测量结果,利用计算单元计算包覆金属材料的腐蚀的进行程度。然后,使用补正单元,基于通电前的伤痕的大小、和预先通过试验求出的伤痕的大小与包覆金属材料的腐蚀的进行程度之间的相关关系,对由计算单元计算出的包覆金属材料的腐蚀的进行程度进行补正。这样一来,不管进行阴极反应的伤痕在通电前的大小如何,都能够高精度地评价包覆金属材料的腐蚀的进行程度。这样就能够提高耐腐蚀性试验的可靠性和通用性。
需要说明的是,在本说明书中,“伤痕的大小”是指当俯视时伤痕的大小,是伤痕的面积、直径等。例如,在俯视时伤痕的形状为圆形的情况下,伤痕的面积就是圆的面积。伤痕的直径就是伤痕的最大宽度。需要说明的是,在本说明书中,假设伤痕的大小与伤痕处的金属基材的露出部的大小相同。
在本说明书中,“表面处理膜的膨胀大小”是指膨胀直径或膨胀面积、或者剥离直径或剥离面积。“膨胀直径”和“膨胀面积”分别是表面处理膜的膨胀部的直径和面积。“剥离直径”和“剥离面积”分别是耐腐蚀性试验后剥离表面处理膜的膨胀部后显现出的金属基材的露出面即剥离部的直径和面积。
此处公开了一种包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法,所述包覆金属材料是通过在金属基材上设置表面处理膜而形成的,其特征在于:该包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法包括:连接步骤,在该连接步骤中,在所述包覆金属材料的所述表面处理膜上布置一个或两个任一所述电极部装置,并且用外部电路将所述电极与所述金属基材之间电连接起来,或者将两个所述电极之间电连接起来;以及通电步骤,在该通电步骤中,将所述电极和所述金属基材分别作为阳极和阴极,或者将两个所述电极中的一者和另一者分别作为阳极和阴极,利用所述外部电路在所述阳极和所述阴极之间通电,由此来使所述包覆金属材料的腐蚀进行。
如上所述,在以电极为阳极、以金属基材为阴极进行通电的情况下,在含水材料与金属基材的接触部进行阴极反应。在将两个电极中的一者作为阳极,将另一者作为阴极的情况下,在位于成为阳极的电极侧的金属基材与含水材料的接触部进行阴极反应。并且,无论哪种情况,都根据通电条件对水进行电解,从而生成氢。
如上所述,当进行阴极反应时,在上述接触部,表面处理膜产生膨胀。此外,氢促进表面处理膜膨胀。这种阴极反应的进行以及表面处理膜膨胀的发生是加速再现包覆金属材料实际腐蚀的过程。因此,例如通过观察在接触部产生的表面处理膜膨胀的进展程度,就能够测量包覆金属材料的腐蚀的进行程度。
优选的是,所述包覆金属材料形成有贯穿所述表面处理膜而到达所述金属基材的伤痕,在所述连接步骤中,所述容器主体布置成保证所述含水材料与所述伤痕相接触。
由于包覆金属材料形成伤痕,因而在使含水材料与伤痕相接触时,含水材料浸入伤痕内,并到达金属基材的露出部,因而能够在包覆金属材料的腐蚀过程中模拟地形成腐蚀抑制期间结束时的状态。然后,经由通电,在进行阴极反应的金属基材的露出部的周围,表面处理膜产生膨胀。这样一来,通过观察该表面处理膜膨胀的进展程度,就能够高精度地评价包覆金属材料的腐蚀过程中的腐蚀进展速度。
优选的是,在所述通电步骤中,所述包覆金属材料的腐蚀的进行表现为在所述伤痕的周围产生的所述表面处理膜的膨胀,所述包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法还包括:第一测量步骤,在所述通电步骤之前,测量所述伤痕的大小;第二测量步骤,在所述通电步骤后,测量所述表面处理膜的膨胀大小;计算步骤,在该计算步骤中,根据在所述第一测量步骤中测量出的所述伤痕的大小、和在所述第二测量步骤中测量出的所述表面处理膜的膨胀大小,计算所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度;以及补正步骤,在该补正步骤中,根据所述伤痕的大小、和预先通过试验求出的伤痕的大小与所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度之间的相关关系,对在所述计算步骤中计算出的所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度进行补正。
如上所述,如果进行阴极反应的伤痕的大小存在偏差,则在通电步骤后表面处理膜的膨胀大小也会产生偏差,耐腐蚀性试验的可靠性就会降低。不过,难以形成大小完全相同的伤痕以抑制上述偏差发生。
在本构成方式中,在第一测量步骤和第二测量步骤中,分别测量通电前的伤痕的大小和通电后的表面处理膜的膨胀大小,根据这些测量结果,在计算步骤中计算包覆金属材料的腐蚀的进行程度。在补正步骤中,根据在第一测量步骤中测量出的伤痕的大小、和预先通过试验求出的伤痕的大小与包覆金属材料的腐蚀的进行程度之间的相关关系,对在计算步骤中计算出的包覆金属材料的腐蚀的进行程度进行补正。由此,不管进行阴极反应的伤痕在通电前的大小如何,都能够高精度地评价包覆金属材料的腐蚀的进行程度。这样一来,能够提高耐腐蚀性试验的可靠性和通用性。
优选的是,所述表面处理膜为树脂涂膜。
在金属基材上设置有作为表面处理膜的树脂涂膜的涂装金属材料中,在金属基材与树脂涂膜之间树脂涂膜的膨胀容易进行,因而耐腐蚀性试验的可靠性得以提高。
-发明的效果-
根据本公开,由于利用盖部封住筒状容器主体的上侧开口部,因此即使含水材料的挥发成分在容器主体内向上方移动,也能够抑制挥发成分向容器主体的外部释放。这样一来,就能够抑制在试验中含水材料减少。在使含水材料和包覆金属材料的温度上升而进行试验的情况下,能够提高保温效率。并且,由于在容器主体的上侧侧壁上设置有贯穿该侧壁的孔部,因此即使在试验中产生气体,也能够从通孔将气体排出,从而能够抑制容器主体的内压上升。进而,由于上述通孔设置在容器主体的上侧侧壁上,因此与例如在下侧侧壁和盖部等设置通孔的情况相比,能够抑制含水材料渗漏、含水材料的挥发成分释放等。
附图说明
图1是示出第一实施方式所涉及的耐腐蚀性试验装置之一例的图;
图2是沿图1中的A-A线剖开的剖视图;
图3是用于说明第一实施方式所涉及的耐腐蚀性试验的原理的图;
图4是用于说明第一实施方式所涉及的耐腐蚀性试验方法的流程图;
图5是示出与清洗步骤相关的实验结果的图表;
图6是示出与第一测量步骤相关的实验结果的曲线图;
图7是示出与第一测量步骤相关的实验结果的曲线图;
图8是示出与第一测量步骤相关的实验结果的曲线图;
图9是示出电泳涂膜在伤痕周围产生膨胀的情况的图;
图10是示出实验例和参考例的耐腐蚀性试验的结果的图表;
图11是示出与第二测量步骤相关的实验结果的曲线图;
图12是示出与第二测量步骤相关的实验结果的曲线图;
图13是示出与第二测量步骤相关的实验结果的曲线图;
图14是用于说明第二实施方式所涉及的耐腐蚀性试验的原理的图;
图15是示出第三实施方式所涉及的耐腐蚀性试验中伤痕的直径与腐蚀进展速度的指数之间的关系的曲线图。
-符号说明-
1-包覆金属材料;2-钢板(金属基材);3-化学转化膜(金属基材);4-电泳涂膜(表面处理膜);4A-测定部分;5-伤痕;6-含水材料;7-外部电路(处理装置、第一测量装置、第二测量装置);8-通电单元(处理装置、电流检测单元、第一测量装置、第二测量装置);9-控制装置(计算单元、补正单元、温度控制器、处理装置、第一测量装置、第二测量装置);91-运算部;92-存储部;93-控制部;11-含水材料保持部;11A-开口部;12-电极(处理装置、第一测量装置、第二测量装置);12a-前端;30-容器;31-容器主体;31A-上侧开口部;32-底部;32A-底面;33-磁铁;34-盖部;36-孔;36A-底;37-温度传感器(温度检测单元);38-通孔;41-橡胶加热器(第一温度调节元件);43-加热板(第二温度调节元件);71-布线;100-耐腐蚀性试验装置;300-电极部装置;301-小直径部;302-大直径部;304-槽部。
具体实施方式
下面,参照附图对本公开的实施方式进行说明。在下文中对优选的实施方式的说明在本质上仅为举例说明而已,并没有对本公开、本公开的应用对象或其用途加以限制的意图。
(第一实施方式)
图1、图2示出本实施方式所涉及的包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置之一例。图3是用于说明本实施方式所涉及的耐腐蚀性试验方法的原理的图。在这些图中,1是包覆金属材料,300是电极部装置,100是耐腐蚀性试验装置。
<包覆金属材料>
作为在本实施方式所涉及的耐腐蚀性试验中成为试验对象的包覆金属材料,例如能够例举出在金属基材上设有树脂涂膜以作为表面处理膜的涂装金属材料。
金属基材例如是构成家电产品、建筑材料、汽车部件等的钢材,例如为冷轧钢板(SPC)、合金化热浸镀锌钢板(GA)、高张力钢板或热冲压材料等,或者也可以为轻合金材料。金属基材也可以是在表面形成有化学转化膜(磷酸盐皮膜(例如磷酸锌皮膜)、铬酸盐皮膜等)的材料。
具体而言,例如有环氧树脂类、丙烯酸树脂类等阳离子电泳涂膜(底涂膜)作为树脂涂膜。
包覆金属材料也可以包括两层以上的多层膜作为表面处理膜。具体而言,例如,在表面处理膜是树脂涂膜的情况下,表面处理膜也可以是在电泳涂膜上层叠有顶涂膜的层叠涂膜、在电泳涂膜上层叠有中涂膜和顶涂膜的层叠涂膜等。
中涂膜具有确保包覆金属材料的精加工性和耐崩裂性,并且提高电泳涂膜与顶涂膜之间的紧贴性的作用。顶涂膜是用于确保包覆金属材料的颜色、精加工性和耐候性的涂膜。具体而言,这些涂膜例如能够通过由聚酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂等基体树脂、和三聚氰胺树脂、尿素树脂、聚异氰酸酯化合物(也包括嵌段)等交联剂制成的涂料等形成。
根据该结构,例如在汽车部件的制造工序等中,在每个涂装工序中都能够从生产线上取下部件,确认涂膜的品质等。
在以下的说明中,以下述包覆金属材料1为例进行说明,该包覆金属材料1是在金属基材上设置作为表面处理膜的电泳涂膜4(树脂涂膜)而形成的,该金属基材是在钢板2的表面形成化学转化膜3而形成的。
如图2、图3所示,在包覆金属材料1上形成有一处贯穿电泳涂膜4和化学转化膜3而到达钢板2的伤痕5。需要说明的是,伤痕5既可以是人工形成的,也可以是自然形成的。伤痕5也可以形成在相互分离开的多处,在该情况下,上述一处指的是多处中的一处。
<含水材料>
含水材料6含有水和支持电解质,具有作为导电材料的功能。含水材料6也可以是还含有粘土矿物的泥状物。在含水材料6含有粘土矿物的情况下,在后述的保持步骤S7和通电步骤S9中,含水材料6中的离子和水容易往伤痕5周围的电泳涂膜4中渗透。
支持电解质是盐,是用于对含水材料6赋予充分的导电性的物质。具体而言,例如能够采用选自氯化钠、硫酸钠、氯化钙、磷酸钙、氯化钾、硝酸钾、酒石酸氢钾以及硫酸镁中的至少一种盐作为支持电解质。特别优选采用从氯化钠、硫酸钠以及氯化钙中选择的至少一种盐作为支持电解质。含水材料6中的支持电解质的含量优选在1质量%以上20质量%以下,更优选在3质量%以上15质量%以下,特别优选在5质量%以上10质量%以下。
粘土矿物用于使含水材料6成为泥状,并促进离子往电泳涂膜4中移动以及水往电泳涂膜4中渗透,从而加快通电步骤S9中腐蚀的进行。例如能够采用层状硅酸盐矿物或沸石作为粘土矿物。例如能够采用从高岭石、蒙脱石、绢云母、伊利石、海绿石、绿泥石以及滑石中选择的至少一种作为层状硅酸盐矿物,特别优选采用高岭石作为层状硅酸盐矿物。含水材料中的粘土矿物的含量优选在1质量%以上70质量%以下,更优选在10质量%以上50质量%以下,特别优选在20质量%以上30质量%以下。需要说明的是,通过使含水材料6为泥状物,从而即使在电泳涂膜4不呈水平状态的情况下,也能够将含水材料6设置在该电泳涂膜4的表面上。
含水材料6也可以含有除了水、支持电解质以及粘土矿物以外的添加物。具体而言,例如能够举出丙酮、乙醇、甲苯、甲醇等有机溶剂、提高涂膜的润湿性的物质等作为这样的添加物。这些有机溶剂、物质等也具有促进水往电泳涂膜4中渗透的功能。也可以代替粘土矿物将这些有机溶剂、物质等添加到含水材料6中。在含水材料6含有有机溶剂的情况下,有机溶剂相对于水的、以体积比计算的含量优选在5%以上60%以下。该体积比更优选在10%以上40%以下,进一步优选在20%以上30%以下。
<耐腐蚀性试验装置>
耐腐蚀性试验装置100包括电极部装置300、外部电路7(处理装置、第一测量装置、第二测量装置)、通电单元8(处理装置、电流检测单元、第一测量装置、第二测量装置)、控制装置9(计算单元、补正单元、温度控制器、处理装置、第一测量装置、第二测量装置)、任意的橡胶加热器41(第一温度调节元件)、以及任意的加热板43(第二温度调节元件)。
《电极部装置》
电极部装置300是用于本实施方式所涉及的耐腐蚀性试验的装置,电极部装置300包括容器30、电极12(处理装置、第一测量装置、第二测量装置)、以及任意的温度传感器37(温度检测单元)。
-容器-
容器30放置在包覆金属材料1的电泳涂膜4上。容器30包括容器主体31、任意的底部32、盖部34、通孔38、以及任意的孔36。
[容器主体和底部]
容器主体31和底部32是例如圆筒状、多边形筒状等呈筒状的部件,从降低热膨胀时形变的观点出发,优选是圆筒状的部件。
底部32在底面32A与电泳涂膜4的表面相接触。容器主体31布置在底部32的与底面32A相反的一侧。
容器主体31的内径与底部32的内径相等。由容器主体31和底部32的内周面形成的空间所构成的内部构成保持含水材料的含水材料保持部11。含水材料保持部11包括设置在底面32A上的开口部11A。在已将容器30放置在包覆金属材料1的电泳涂膜4上的状态下,包覆金属材料1的由开口部11A围起来的区域成为测定部分4A。
含水材料6在收纳于含水材料保持部11内的状态下与电泳涂膜4的表面相接触,并且浸入到伤痕5内。
底部32例如是由硅酮树脂制成的片状密封部件,在将容器30放置在包覆金属材料1上后,该底部32能够提高容器主体31与电泳涂膜4之间的紧贴性,并且能够填埋两者之间的间隙。因此,能够有效地抑制含水材料6从容器主体31与电泳涂膜4之间漏出。也可以采用不设置底部32的结构,但从充分抑制含水材料6渗漏的观点出发,优选设置底部32。
需要说明的是,从有效抑制含水材料6渗漏的观点出发,如后述的实验例所示,底部32的厚度优选超过1mm,在以JIS K6250规定的A型硬度计测量硬度时,底部32的硬度优选在50以下。底部32的厚度的上限值没有特别限定,但从得到后述的磁铁33的吸附力的效果的观点以及降低底部32的材料成本的观点出发,例如设为10mm以下即可。底部32的硬度的下限值没有特别限定,但从能够作为底部32使用的产品的获得容易性的观点出发,以上述A型硬度计测量出的硬度例如为10以上即可。
容器主体31可以由例如丙烯酸树脂、环氧树脂、芳香族聚醚醚酮(PEEK)等树脂材料制成或由陶瓷制成等,特别优选由从丙烯酸树脂、环氧树脂以及芳香族聚醚醚酮(PEEK)组成的组中选出的至少一种树脂材料制成。这样一来,就能够确保容器主体31与外部之间的绝缘性,并且能够使电极部装置300实现轻量化及低成本化,进而能够使耐腐蚀性试验装置100实现轻量化及低成本化。
容器主体31包括底部32侧的大径部302和相对于大径部302布置在与底部32侧相反的一侧的小径部301。在容器主体31的中心轴31B周围,大径部302的内径与小径部301的内径相等。大径部302的外径比小径部301的外径大。大径部302的外周面与小径部301的外周面通过台阶部303相连。
优选的是,容器主体31和底部32的内径、即含水材料保持部11的直径比伤痕5的直径大。优选的是,容器30以含水材料保持部11与伤痕5为近似同心状的方式被放置在电泳涂膜4上。根据该结构,就能够用含水材料6覆盖整个伤痕5,并且能够收纳耐腐蚀性试验所需要的足够量的含水材料6。需要说明的是,例如在伤痕5的直径为0.1mm以上7mm以下的情况下,例如能够将含水材料保持部11的直径设在0.5mm以上45mm以下,优选设在0.5mm以上30mm以下。根据本结构,能够用含水材料6覆盖整个伤痕5,并且能够收纳耐腐蚀性试验所需要的足够量的含水材料6。
在大径部302的底部32侧形成有槽部304。槽部304设置在开口部11A附近的含水材料保持部11的周围,在该槽部304内收纳有环型的磁铁33。这样一来,当将容器30放置在包覆金属材料1的电泳涂膜4上后,利用磁铁33的吸附力就将容器30吸附、固定在包覆金属材料1上。这样一来,就能够有效地抑制容器30的位置偏移,从而能够提高后述的耐腐蚀性试验的可靠性。
例如能够使用铁氧体磁铁、钕磁铁、钐钴磁铁等作为磁铁33,但从获得高吸附力的观点出发,优选使用钕磁铁、钐钴磁铁。如后述的实验例所示,磁铁33的强度优选为370mT以上。根据本结构,能够确保电极部装置300与包覆金属材料1之间更高的紧贴性。需要说明的是,磁铁33的强度的上限值没有特别限定,例如能够设为1300mT以下。
优选的是,在磁铁33被收纳到槽部304之后,例如用环氧树脂等进行封装。这样一来,就能够抑制磁铁33脱离开槽部304,抑制含水材料6从含水材料保持部11往槽部304渗漏等。通过封装,来确保磁铁33与含水材料6之间的绝缘性,由此能够抑制具有高导电性的磁铁33的成分向含水材料6溶解而导致耐腐蚀性试验的可靠性降低。
[实验例]
在环氧树脂制的容器主体31(含水材料保持部11的内径为10mm)的底面32A侧布置了硅酮树脂制的硅酮垫以作为底部32,并放置在平坦的桌子上,向容器主体31的内部注入水并保持了10分钟,调查有无漏水情况。需要说明的是,在容器主体31的底面32A侧利用环氧树脂埋入有环形钕磁铁(株式会社MAGFINE制造)。结果在表1中示出。需要说明的是,硅酮垫的硬度用由JIS K6250规定的A型硬度计测量的硬度表示。
【表1】
由实验例1~4的结果可知:当磁铁的强度较高、硅酮垫的硬度较柔软、厚度较大时,抑制漏水的效果较高。
[盖部]
盖部34封住容器主体31的上侧开口部31A。如果在耐腐蚀性试验中含水材料6的溶剂成分等挥发,则含水材料6的成分浓度会发生变化,试验的可靠性就有可能降低。由于利用盖部34封住上侧开口部31A,因此即使含水材料6的挥发成分在容器主体31内朝上方移动,也能够抑制该挥发成分朝容器主体31的外部释放。这样一来,就能够抑制在试验中含水材料6减少。在使含水材料6和包覆金属材料1的温度上升而进行试验的情况下,能够提高保温效率。
与容器主体31相同,盖部34能够由例如丙烯酸树脂、环氧树脂、芳香族聚醚醚酮(PEEK)等树脂材料制成或由陶瓷制成等,特别优选由从丙烯酸树脂、环氧树脂以及芳香族聚醚醚酮(PEEK)组成的组中选出的至少一种树脂材料制成。这样一来,就能够确保含水材料保持部11与外部之间的绝缘性,并且能够使电极部装置300实现轻量化及低成本化,进而能够使耐腐蚀性试验装置100实现轻量化及低成本化。
尤其是当使用PEEK材料作为容器主体31以及/或者盖部34的材料时,能够抑制因橡胶加热器41以及/或者加热板43出现故障等而导致容器主体31以及/或者盖部34产生熔损。
容器主体31和盖部34可以由不同的材料制成,也可以由相同的材料制成。容器主体31和盖部34可以是一体的,也可以是彼此独立的。
[通孔]
通孔38是以贯穿侧壁的方式设置在容器主体31的上侧侧壁上、即设置在容器主体31的比含水材料6的上表面更靠上侧的侧壁上,且用于释放容器30的内压的孔。在耐腐蚀性试验中,有时因化学反应而产生例如氢气等气体。在该情况下,如果完全封闭容器主体31,则容器30的内压上升,就有可能导致容器30出现破损等。在本结构中,即使在试验中产生气体,也能够从通孔38将气体排出,从而能够抑制容器30的内压上升。进而,由于通孔38设置在容器主体31的上侧侧壁上,因而与例如在下侧侧壁(容器主体31的比含水材料6的上表面更靠下侧的侧壁)和盖部34等上设置通孔38的情况相比,能够抑制含水材料6渗漏、含水材料6的挥发成分释放等。
通孔38也可用于引出电极12或外部电路7的布线71、以及/或者用于注入含水材料6。
通孔38的数量可以是一个,也可以是多个。通孔38的数量优选为一个、两个或三个。在通孔38为一个的情况下,一个通孔38兼用于上述三个用途。这样一来,电极部装置300的结构变得简单,并且通孔38的数量较少,因此能够有效地抑制含水材料6的挥发成分释放。在通孔38为两个或三个的情况下,让各个通孔38分担上述三个用途即可。这样一来,与上述三个用途中的每个用途相关的作业就变得容易。
用于释放内压的通孔38的形状没有特别限定,但从作业容易性的观点出发,用于其他用途的通孔38的形状优选为剖面形状呈圆形且具有恒定直径的直孔。
例如可以用滴管、注射器等将含水材料6注入含水材料保持部11。这样一来,如图2所示,用于注入含水材料6的通孔38优选形成为从容器主体31的外部朝着内部向下倾斜。这样一来,含水材料6的注入作业就变得容易。
通孔38的直径即与通孔38的中心轴垂直的剖面的最大宽度优选为1mm以上7mm以下,更优选为2mm以上5mm以下。当通孔38的直径小于下限值时,在气体的产生量较多的情况下,就有可能无法充分释放容器30的内压,或者有可能难以进行用于其他用途的作业。如果通孔38的直径超过上限值,则从通孔38释放出的含水材料6的挥发成分的释放量就有可能变得过多。
[孔]
优选的是,在容器主体31的下侧侧壁上、即容器主体31的比含水材料6的上表面更靠下侧的侧壁上,设置有用于插入温度传感器37的孔36。
孔36的底36A贯穿到容器主体31的内部。这样一来,在将温度传感器37插入孔36中后,能够使温度传感器37的前端37A通过底36A向含水材料保持部11内突出,从而与含水材料6接触。这样就能够检测出含水材料6的温度。
需要说明的是,优选的是,孔36形成为确保在将容器30布置在电泳涂膜4的表面上以后,孔36的底36A尽可能地接近电泳涂膜4。
具体而言,这样的孔36例如在容器主体31成型时,利用模具形成在容器主体31的侧壁上即可。也可以在容器主体31成型时,通过对由热传导性高的树脂、陶瓷等绝缘性材料形成的筒状部件进行嵌件成型,由此以埋入容器主体31的侧壁的方式形成孔36。
需要说明的是,孔36也可以设置成使底36A不贯穿到容器主体31的内部。
-温度传感器-
优选包括检测含水材料6的温度的温度传感器37。温度传感器37插入孔36中,并检测含水材料6的温度。
在本实施方式所涉及的耐腐蚀性试验中,含水材料6的温度、特别是电泳涂膜4附近的含水材料6的温度尤为重要。通过在孔36内设置温度传感器37,从而能够高精度地检测电泳涂膜4附近的含水材料6的温度,因此耐腐蚀性试验的可靠性得以提高。
具体而言,温度传感器37例如是热电偶、光纤式温度计、红外线温度计等。需要说明的是,从更高精度地检测含水材料6的温度的观点出发,优选在将温度传感器37收纳在孔36中的状态下,用热传导性高的树脂等对容器主体31进行模制成形。
优选的是,温度传感器37的前端37A向容器主体31内部突出的突出量尽可能地小。这样一来,在后述的通电步骤S9中,能够抑制因膨胀的电泳涂膜4附着于温度传感器37的前端而导致温度检测精度降低。
需要说明的是,在不具有孔36和温度传感器37的情况下,也可以在含水材料保持部11中插入温度计来测量含水材料6的温度。
-电极-
电极12以其前端12a埋在含水材料6中的状态设置,从而与含水材料6相接触。
具体而言,例如能够使用碳电极、铂电极等作为电极12。
电极12的形状能够采用在电化学测定中通常使用的电极的形状,特别是,优选采用在前端12a具有至少一个孔的有孔电极作为电极12。优选以孔与电泳涂膜4的表面大致平行的方式布置该前端12a。例如,就有孔电极而言,前端12a为环状,并且设置成该环与电泳涂膜4相对。或者,也可以采用网状电极作为有孔电极,在将该网状电极埋在含水材料6中的状态下,将其布置成与电泳涂膜4大致平行。
在后述的清洗步骤S4和通电步骤S9中,在伤痕5处可能产生氢。由于在前端12a具有孔,因而通过孔排出氢,由此能够避免氢滞留在电极12与电泳涂膜4之间。这样一来,就能够避免通电性恶化。
《外部电路》
外部电路7包括布线71和布置在布线71上的通电单元8(电流检测单元)。布线71将电极12和钢板2电连接起来。能够适当使用公知的布线作为布线71。
-通电单元-
特别是在后述的清洗步骤S4、第一测量步骤S5、通电步骤S9以及第二测量步骤S10中,通电单元8起到作为在电极12与钢板2之间施加电压/电流的电源部的作用。同时,通电单元8还起到检测在两者之间流动的电流/电压的电流检测单元/电压检测单元的作用。具体而言,例如能够使用可对电压/电流的施加进行控制的恒电位仪(Potentiostat)/恒电流仪等作为通电单元8。
通电单元8与后述的控制装置9电连接或无线连接,并且由控制装置9控制。由通电单元8施加到外部电路7的或由通电单元8检测出的电压值、电流值以及通电时间等通电信息被送往控制装置9。
《橡胶加热器和加热板》
橡胶加热器41用于对含水材料保持部11内的含水材料6进行加热或温度调节。橡胶加热器41以覆盖容器主体31的小径部301的外周面301A(外周部)的方式布置在容器主体31的外周部、具体而言布置在大径部302的台阶部303上。橡胶加热器41例如用胶带等粘接、固定在小径部301的外周面301A上。需要说明的是,在图1、图2中,为了清楚地图示孔36和温度传感器37,仅图示出橡胶加热器41的一部分。需要说明的是,也可以使用薄膜加热器等代替橡胶加热器41作为第一温度调节元件。
加热板43布置在包覆金属材料1的与布置有容器30的一侧相反的一侧、即钢板2侧。加热板43用于从包覆金属材料1的背面侧对包覆金属材料1和电泳涂膜4附近的含水材料6进行加热或温度调节。需要说明的是,也可以使用珀耳帖元件等代替加热板43作为第二温度调节元件。
橡胶加热器41和加热板43与后述的控制装置9电连接或无线连接。控制装置9的控制部93作为温度控制器控制两者的温度。这样一来,就能够构成为对包覆金属材料1和含水材料6进行加热或温度调节。如上所述,优选橡胶加热器41和加热板43由一个温度控制器控制。换言之,优选与橡胶加热器41相连的温度控制器兼作与加热板43相连的温度控制器。这样一来,就能够有助于耐腐蚀性试验装置100的紧凑化。需要说明的是,本构成并不限制使用控制装置9以外的装置作为温度控制器。还可以用不同的温度控制器控制橡胶加热器41和加热板43的温度。
根据本结构,能够适当地对含水材料6和包覆金属材料1进行加热或温度调节,因此在后述的耐腐蚀性试验中,能够促进离子往电泳涂膜4中移动以及水往电泳涂膜4中渗透,从而能够有效地进行伤痕5处的腐蚀。这样一来,能够以更短的时间进行可靠性更高的耐腐蚀性试验。由于能够使含水材料6和包覆金属材料1的温度在所希望的试验时间内一直保持不变,因此能够在规定的温度条件下进行可靠性高的耐腐蚀性试验。
也可以构成为包括橡胶加热器41和加热板43中的任一者,但从高精度地控制电泳涂膜4附近的含水材料6的温度的观点出发,优选包括加热板43。
即使在包括橡胶加热器41和加热板43这两者的情况下,也可以让这两者同时进行温度调节,或者也可以只让其中的任一者进行温度调节。从使包覆金属材料1和含水材料6的温度分布均匀的观点出发,优选让这两者都进行温度调节。
《控制装置》
控制装置9例如是以公知的微型计算机为基础的装置,控制装置9包括运算部91、存储部92以及控制部93。控制装置9例如也可以包括由显示器等构成的显示部、由键盘等构成的输入部等,未图示。存储部92中存储有各种数据和运算处理程序等信息。运算部91根据存储在存储部92中的上述信息、经由输入部输入的信息等,进行各种运算处理。控制部93根据存储在存储部92中的数据、运算部91的运算结果等,向控制对象输出控制信号,并进行各种控制。
如上所述,控制装置9与通电单元8、橡胶加热器41、加热板43以及温度传感器37电连接或无线连接。
如上所述,通电单元8的通电信息、由温度传感器37检测出的温度信息等被送往控制装置9,并存储在存储部92中。控制部93向通电单元8、橡胶加热器41以及加热板43输出控制信号,对由通电单元8向外部电路7施加的电压值/电流值、橡胶加热器41和加热板43的温度设定进行控制。需要说明的是,控制部93也可以根据由温度传感器37检测出的温度信息,对橡胶加热器41和加热板43的温度设定进行控制。这样一来,就能够更高精度地控制温度。
在后述的第一测量步骤S5和第二测量步骤S10中,运算部91分别作为计算伤痕5的大小和电泳涂膜4的膨胀大小的计算单元发挥作用。计算中使用的各种相关关系信息、计算出的伤痕5的大小以及电泳涂膜4的膨胀大小的信息存储在存储部92中。
在后述的计算步骤S11中,运算部91还作为计算包覆金属材料1的腐蚀的进行程度的计算单元发挥作用。计算出的包覆金属材料1的腐蚀进行程度的信息也存储在存储部92中。
《第一测量装置和第二测量装置》
上述电极12、外部电路7、通电单元8以及控制装置9构成在后述的第一测量步骤S5中测量伤痕的大小的第一测量装置(测量装置)、以及在第二测量步骤S10中测量电泳涂膜4的膨胀大小的第二测量装置(追加的测量装置),详细情况后述。
需要说明的是,在本实施方式中,第一测量装置和第二测量装置均由上述电极12、外部电路7、通电单元8以及控制装置9构成,因此具有相同的结构,但也可以具有彼此不同的结构。需要说明的是,从统一两测量装置的测量值的精度、提高腐蚀的进行程度的计算精度,并且有助于耐腐蚀性试验装置100的紧凑化的观点出发,优选第一测量装置和第二测量装置具有相同的结构。
《伤痕的处理装置》
上述电极12、外部电路7、通电单元8以及控制装置9构成在后述的清洗步骤S4中对伤痕5进行清洗的处理装置,详细情况见后述。本实施方式所涉及的耐腐蚀性试验装置100包括该处理装置,因此能够在除去了伤痕5的表面上的附着物的状态下进行耐腐蚀性试验。这样一来,能够提高耐腐蚀性试验的可靠性。
<耐腐蚀性试验方法>
如图4所示,本实施方式所涉及的包覆金属材料1的耐腐蚀性试验方法包括准备步骤S1、电路连接步骤S2(连接步骤)、第一布置步骤S3、任意的清洗步骤S4、第一测量步骤S5、第二布置步骤S6(连接步骤)、任意的保持步骤S7、任意的测温步骤S8、通电步骤S9、第二测量步骤S10、计算步骤S11、以及任意的补正步骤S12。下面,对各步骤进行说明。需要说明的是,在第三实施方式中对补正步骤S12进行说明。
《准备步骤》
在准备步骤S1中,准备具有一处贯穿电泳涂膜4和化学转化膜3而到达钢板2的伤痕5的包覆金属材料1。
一般而言,例如盐水等腐蚀因子渗透到涂膜中并到达基材后,包括该涂膜的包覆金属材料的腐蚀便会开始。因此,包覆金属材料的腐蚀过程分为发生腐蚀之前的过程和腐蚀进行的过程,通过分别求出腐蚀开始之前的期间(腐蚀抑制期间)和腐蚀的进行速度(腐蚀进展速度),从而能够对腐蚀过程进行评价。
如果存在贯穿电泳涂膜4和化学转化膜3而到达钢板2的伤痕5,则在接触含水材料6时,含水材料6就会浸入伤痕5内,从而与在伤痕5处露出的钢板2相接触。因此,通过增加伤痕5,从而能够在包覆金属材料1的腐蚀过程中模拟地形成发生腐蚀之前的过程结束后的状态、即腐蚀抑制期间结束时的状态。这样一来,在耐腐蚀性试验中,能够有效地获得与腐蚀进展速度相关的信息。
如上所述,伤痕5可以是自然伤痕,也可以是人工形成的人工伤痕,但优选为人工伤痕。通过人工形成伤痕5,从而能够使伤痕5的形状、大小等在某种程度上成为所期望的形状、大小等。这样一来,例如在后述的清洗步骤S4中,由氢产生的上推力容易传递到整个伤痕5,因此容易除去附着物。在第一测量步骤S5中对伤痕5的大小的测量变得容易。在通电步骤S9中所发生的电泳涂膜4的膨胀的进展变得容易。在第二测量步骤S10中对电泳涂膜4的膨胀大小的测量也变得容易。这样一来,能够提高耐腐蚀性试验的定量性和可靠性。
伤痕5可以是点状伤痕,也可以是切割伤痕那样的线状伤痕,但优选是点状伤痕。“点状”是指当俯视时呈圆形、多边形等的形状,且最大宽度与最小宽度之比为2以下的形状。通过使伤痕5为点状,能够使电泳涂膜4随着腐蚀有效地膨胀成圆顶状,从而能够提高腐蚀的促进性。
在伤痕5为人工伤痕的情况下,形成伤痕5的工具的种类没有特别限定。在形成点状伤痕5的情况下,为了不使伤痕5的大小、深度产生偏差,即,从定量地形成伤痕的观点出发,优选例如使用用于自动形成伤痕的冲头的方法、使用维氏硬度试验机并利用其压头以规定的载荷形成伤痕的方法等。在形成点状以外的形状、例如形成上述线状伤痕5的情况下,使用刀具等即可。
《电路连接步骤》
接着,在电路连接步骤S2中,如图1、图2所示,以含水材料保持部11包围伤痕5的方式将容器30布置在包覆金属材料1的电泳涂膜4上,并且包覆金属材料1被放置在加热板43上。将与布线71的一端侧相连的电极12经由通孔38布置在含水材料保持部11中。需要说明的是,布线71的另一端侧与钢板相连。这样一来,就成为电极12和钢板2经由外部电路7电连接起来的状态。进而,布置温度传感器37和橡胶加热器41。
需要说明的是,含水材料保持部11优选与伤痕5同心设置。电极12优选以具有孔的前端12a部分与电泳涂膜4的表面平行且与伤痕5同心的方式设置。
《第一布置步骤》
在第一布置步骤S3中,在含水材料保持部11中放入特别是在接下来的清洗步骤S4中使用的规定量的含水材料6。此时,成为电极12的至少前端12a埋入含水材料6中的状态。
这样一来,收纳在含水材料保持部11内的含水材料6便与电泳涂膜4的表面接触,并且成为浸入到伤痕5内的状态。
《清洗步骤》
即使伤痕5自身到达钢板2,如果电泳涂膜4或污垢等附着物附着在伤痕5的表面,则也有可能在后述通电步骤S9中抑制对于腐蚀的促进。
在清洗步骤S4中,利用通电单元8交替地切换流向外部电路7的电流的方向,并且在电极12与钢板2之间通电。通电单元8对电流方向的切换是在控制装置9的控制下进行的。
图3的状态I示出电极12与通电单元8的正极侧相连、钢板2与通电单元8的负极侧相连的状态。在状态I下,在电极12与含水材料6之间的界面进行氧化反应,因此电极12成为阳极。另一方面,在伤痕5处的钢板2的露出部5A,经由钢板2向伤痕5供给电子e-。这样一来,在钢板2的表面与含水材料6之间的界面,进行利用电子e-还原水中的溶解氧等而生成氢氧基OH-等的阴极反应,因此钢板2成为阴极。需要说明的是,在施加通过电解水来产生氢的理论电压以上的电压或需要这样的电压的电流的情况下,在钢板2中也对水进行电解,从而产生氢。
相对于此,图3的状态II示出电极12与通电单元8的负极侧相连、钢板2与通电单元8的正极侧相连的状态。在状态II下,在电极12与含水材料6之间的界面进行还原反应,因此电极12成为阴极。另一方面,在伤痕5处的钢板2的露出部5A,由于进行使钢板2溶解的阳极反应,因此钢板2成为阳极。
利用通电单元8交替地切换施加于外部电路7的电流的方向,即交替地切换图3的状态I和状态II。如果交替地切换状态I和状态II,则在伤痕5处就会交替进行阳极反应(状态II)和阴极反应(状态I)。下面,示出并说明具体的实验例。
图5示出清洗步骤S4的具体的实验结果。
首先,将在作为金属基材的钢板2(SPC)上隔着化学转化膜3(磷酸锌皮膜、化学转化处理时间120秒)设置了环氧树脂类的电泳涂膜4(烘烤条件150℃×20分钟、厚度10μm)而形成的包覆金属材料1作为供试材料A1~A4。使用维氏硬度试验机,通过30kg的载荷人工地在供试材料A1~A4的形成有电泳涂膜4的面上形成了伤痕5。
供试材料A1在形成伤痕5后,在未处理状态下拍摄了数字显微镜照片,由照片可知,电泳涂膜4附着在伤痕5的整个表面。
另一方面,供试材料A2~A4在按照与供试材料A1相同的方式形成了伤痕5后,使用5质量%盐水(常温)作为含水材料6,施加5mA的恒定电流,进行了图5所示的处理。
对供试材料A2进行了保持状态I(钢板-、电极+)20秒和保持状态II(钢板+、电极-)20秒的反复处理(I→II→I→II→I)。从图5所示的供试材料A2的照片中可知:伤痕5表面的电泳涂膜4浮起。在状态I下,由于在伤痕5处进行阴极反应,因此伤痕5附近成为碱性环境,电泳涂膜4对伤痕5表面的附着力降低,并且由阴极反应和电解水所产生的氢将电泳涂膜4向上推。在状态II下,由于在伤痕5处进行阳极反应,因此钢板2的表面稍微溶解,电泳涂膜4对伤痕5表面的附着力进一步降低。这样一来,就能够认为:通过交替地重复状态I和状态II,电泳涂膜4对伤痕5表面的附着力降低,并且利用氢对电泳涂膜4向上推,借助上述效果,电泳涂膜4就会有效地浮起来。
需要说明的是,供试材料A3在状态II(钢板+、电极-)下处理了100秒,供试材料A4在状态I(钢板-、电极+)下处理了100秒。从图5所示的供试材料A3、A4的照片中可知:伤痕5表面的电泳涂膜4保持贴附状态不变。如上所述仅通过状态I和状态II中的任一者的处理,不能将伤痕5表面的电泳涂膜4向上推。能够认为:在仅进行状态I的处理时,电泳涂膜4对伤痕5表面的附着力较大,氢从电泳涂膜4破损的部位等排出,因此无助于电泳涂膜4浮起;在仅进行状态II的处理时,虽然进行钢板2的溶解,但没有产生氢,因此将电泳涂膜4向上推的力不足。
由图5的结果可知:通过交替地切换流向外部电路7的电流的方向,并且在电极12与钢板2之间通电,从而能够简单且可靠地在短时间内除去附着在伤痕5的表面上的附着物。还能够有助于提高耐腐蚀性试验等的可靠性。
需要说明的是,从确保清洗步骤S4中的处理的稳定性的观点出发,优选在电极12与钢板2之间施加恒定电流。
优选在电极12与钢板2之间施加需要理论电压以上的电压的电流,该理论电压是通过电解水来产生氢的电压。如果含水材料6的温度为25℃,则优选施加需要1.23V以上的电压的电流,1.23V即通过电解水来产生氢的理论电压。通过施加这样的电流,在状态I下进行水的电解,而能够确保产生足够量的氢,因此能够得到氢充分地对附着物向上推的上推效果,从而能够提高附着物的除去性。
具体而言,电流值优选大于1mA小于20mA。如果电流值在1mA以下,则除去附着物需要的时间较长,有可能导致包覆金属材料1的腐蚀进行。电流值在20mA以上时,相当于施加25V以上的电压,特别是在膜质差的电泳涂膜4中,有可能会促进含水材料6往伤痕5以外的部分的电泳涂膜4内渗透,从而可能会破坏电泳涂膜4的绝缘。
清洗步骤S4中使用的含水材料6优选为含有支持电解质的水溶液。换言之,清洗步骤S4中使用的含水材料6优选不含有上述粘土矿物等固体成分。在清洗步骤S4中,如果使用例如含有较多固体成分的材料或粘性高的材料作为含水材料6,则由于含水材料6的重量或粘性,而有可能导致伤痕5的表面上的附着物的除去性降低。通过使用不含固体成分且粘性较低的水溶液,从而能够提高附着物的除去性。
在清洗步骤S4中,电流方向的切换优选进行两次以上。将从状态I和状态II中的一者向另一者的切换计为一次电流方向的切换。即,进行两次电流方向的切换,与状态I→状态II→状态I、或者状态II→状态I→状态II的意思相同。换言之,通过切换两次电流方向,而使得钢板2成为阴极→阳极→阴极、或者成为阳极→阴极→阳极。这样一来,在伤痕5处露出的钢板2中,阳极反应和阴极反应中的至少一者进行两次以上,因此伤痕5的表面的附着物的除去性提高。需要说明的是,优选最初从状态I开始。在最初产生些许氢后,稍微进行钢板2的溶解,这样能够进一步降低附着物对伤痕5表面的附着力。
此次切换与下一次切换之间的各状态下的通电时间优选在1秒以上60秒以下,更优选在3秒以上45秒以下,特别优选在5秒以上30秒以下。清洗步骤S4中的整体通电时间优选在2秒以上200秒以下,更优选在6秒以上150秒以下,特别优选在10秒以上120秒以下。当各状态下的通电时间以及/或者整体的通电时间低于下限值时,对于伤痕5的清洗可能会不充分,当各状态下的通电时间以及/或者整体的通电时间超过上限值时,通电时间过长,有可能导致包覆金属材料1的腐蚀进行。
在伤痕5为人工伤痕的情况下,电泳涂膜4容易残留在伤痕5表面。在为人工伤痕的情况下,也通过设置清洗步骤S4,从而能够有效地除去伤痕5表面的附着物。
《第一测量步骤》
需要高精度地测量通电步骤S9之前的伤痕5的大小,如果通过目视伤痕5的部分的图像等来测量伤痕5的大小,则试验的工序数增加,并且误差有可能变大。
第一测量步骤S5是在通电步骤S9之前使用电化学方法测量伤痕5的大小的步骤。具体而言,测量上述伤痕5的面积、直径等作为伤痕5的大小。需要说明的是,从测量容易性的观点出发,伤痕5的大小优选为伤痕5的面积。
在第一测量步骤S5中对于伤痕5的大小的测量方法具体如下。即,如图3的状态II所示,利用通电单元8,在将电极12和钢板2分别作为阴极和阳极的情况下在两者之间施加恒定电压。这样一来,利用通电单元8检测在两者之间流动的电流值。在控制装置9中,该电流值作为测量出的值存储在存储部92中。在存储部92中还存储有预先通过试验求出的电流值与伤痕5的大小之间的相关关系。运算部91根据测量出的电流值和上述相关关系,计算伤痕5的大小。
根据本结构,能够通过电化学方法测量伤痕5的大小,因此能够简化试验的工序,并且能够降低测量误差。
下面,结合图6到图8所示的具体实验结果进行说明。
本申请发明者们发现:在图3的状态II下,利用通电单元8,在将电极12和钢板2分别作为阴极和阳极的情况下在两者之间施加恒定电压时,在两者之间流动的电流值相对于伤痕5的大小呈线性增加。
首先,将在作为金属基材的钢板2(SPC)上隔着化学转化膜3(磷酸锌皮膜、化学转化处理时间120秒)设置了环氧树脂类的电泳涂膜4(烘烤条件150℃×20分钟、厚度10μm)而形成的包覆金属材料1作为供试材料B。使用维氏硬度试验机,通过各种载荷人工地在供试材料B的形成有电泳涂膜4的面上形成了伤痕5。
利用数字显微镜对供试材料B的形成了伤痕5的部分拍摄照片,利用照片计算出伤痕5的面积以作为伤痕5的大小。
使5质量%盐水附着于供试材料B的形成有各种大小的伤痕5的部分,在图3的状态II下,施加了5分钟的0.5V的恒定电压,并测量出电流值。
图6是示出伤痕5的面积为0.62mm2的供试材料B的电流值随时间变化的曲线图。如图6所示,可知从开始施加电压(0秒)到大约120秒为止,电流值的变动大。可以认为这是因为施加电压后的大约2分钟内,电极12与含水材料6之间的界面、钢板2与含水材料6之间的界面等处的化学反应的速度等不稳定之故。从开始施加电压起经过大约2分钟后,电流值开始稳定。可以认为这是因为各界面处的化学反应的速度开始稳定之故。在本实验中,将从开始施加电压起经过2分钟后到5分钟为止的这一期间的电流值的最低值作为在该供试材料B中检测出的电流值。也同样地得到了在供试材料B的其他伤痕5处检测出的电流值。需要说明的是,检测出的电流值不限于规定期间的最低值,也可以采用平均值等。
图7是相对于伤痕5的面积绘制出按照上述方式得到的所检测出的电流值的曲线图。需要说明的是,用点划线画出的圆表示图6的供试材料B的数据。如图7所示,可知在伤痕的面积与检测出的电流值之间存在线性的相关关系。图7所示的相关关系是存储在存储部92中的、预先通过试验求出的电流值与伤痕5的大小之间的相关关系之一例。
另一方面,图8是相对于伤痕5的面积绘制出代替电流值而检测出的电阻值所得到的曲线图。也能够确认出在伤痕的面积与电阻值之间具有相关关系,但其为非线性的相关关系。具体而言,在伤痕5的面积较小的区域,电阻值的变化增大,在伤痕的面积较大的区域,电阻值的变化减小。这样一来,在用电阻值代替电流值的情况下,回归式拟合中的误差、计算时的误差有可能变大。
例如可以按照下述方式对图7和图8的不同点加以考虑。
如上所述,在图3的状态II下的整个系统中,存在电极12与含水材料6之间的界面、钢板2与含水材料6之间的界面等多个界面。这样一来,整个系统的电阻值就不遵循所谓的欧姆定律,并不是一个常数。因此,可以想到:在恒定电压或恒定电流的条件下,且在各界面的化学反应的速度等经过充分的时间稳定后的稳定状态下,检测电流值、电压值或电阻值,并将检测出的电流值、电压值或电阻值用于测量伤痕5的大小。
例如,在各界面的化学反应的速度等稳定后的稳定状态下,将整个系统看作一个电阻,假设在电流值、电压值、电阻值、电阻率、电阻的长度以及电阻的截面积的各数值之间欧姆定律的下述式(1)和式(2)成立。需要说明的是,在式(1)和式(2)中,将把整个系统看作一个电阻时的电阻值设为R,电流值设为I,电压值设为V,整个系统的电阻率设为ρ(设为常数),整个系统的长度设为L(设为常数),整个系统的截面积设为S。
V=I×R……(1)
R=ρ×L/S……(2)
根据式(1)和式(2),得到式(3)、式(4)。
I=[V/(ρ×L)]×S……(3)
V=I×ρ×L/S……(4)
根据式(2),在恒定电压和恒定电流中的任一条件下,电阻值R都与截面积S成反比。
根据式(3),在恒定电压的条件下,电流值I与截面积S成正比。
根据式(4),在恒定电流的条件下,电压值V与截面积S成反比。
如果含水材料6的成分、浓度等其他条件相同,则可以认为整个系统的截面积S与伤痕5的面积具有线性相关关系。这样一来,就能够预测:上述电阻值R、恒定电压条件下的电流值I以及恒定电流条件下的电压值V、与伤痕5的面积之间的相关关系也分别成为遵循上述式(2)、式(3)以及式(4)的关系。即,可以认为:上述电阻值R和恒定电流条件下的电压值V与伤痕5的面积呈非线性的相关关系,另一方面,恒定电压条件下的电流值I与伤痕5的面积呈线性的相关关系。因此,从提高测量精度的观点出发,优选根据在恒定电压条件下检测出的电流值来测量伤痕5的面积。
需要说明的是,在测量伤痕5的直径以作为伤痕5的大小的情况下,只要将如图7所示的预先通过试验求出的电流值与伤痕5的直径之间的相关关系存储在存储部92中,再将其用于伤痕5的直径的计算即可。
在第一测量步骤S5中,作为恒定电压,优选施加小于理论电压的电压,该理论电压是通过电解水来产生氢的电压。如果含水材料6的温度为25℃,则优选施加小于1.23V的电压,1.23V即通过电解水来产生氢的理论电压(25℃)。
如上所述,如果施加理论电压以上的恒定电压,该理论电压是通过电解水来产生氢的电压,则在电极12处,水的电解便与阴极反应一起进行。随着水电解的进行,由于生成氢而产生能量损失。由于电极12的大小、形状等原因,氢气的气泡附着在电极12上等,因而电流值的稳定性就有可能降低。通过施加小于理论电压的恒定电压,该理论电压是通过电解水来产生氢的电压,从而能够抑制氢产生,能够提高伤痕5的大小的测量精度。
需要说明的是,关于恒定电压的下限值,优选为0.05V以上,更优选为0.1V以上。如果恒定电压小于下限值,则电流值过小,测量误差有可能变大。
此外,在第一测量步骤S5中,优选在图3的状态II(钢板+、电极-)下施加电压。如果在图3的状态I(钢板-、电极+)下施加电压,则虽然有电流流过,但在伤痕5处进行阴极反应,因此在通电步骤S9之前包覆金属材料1的腐蚀就会进行,耐腐蚀性试验的可靠性有可能降低。特别是在图3的状态I(钢板-、电极+)下,如果施加超过引起水电解的理论电压的电压,则在伤痕5处也会电解水而产生氢,因此容易推进腐蚀的进行,并不优选。
作为伤痕5的大小的伤痕5的面积优选在0.01mm2以上25mm2以下,更优选在0.02mm2以上10mm2以下,特别优选在0.05mm2以上1mm2以下。作为伤痕5的大小的伤痕5的直径优选在0.1mm以上7mm以下,更优选在0.2mm以上5mm以下,特别优选在0.3mm以上1.5mm以下。
当伤痕5的大小小于下限值时,电流值变得过小,有可能无法充分地获得电流值与伤痕5的大小之间的相关关系。伤痕5的大小越小,在通电步骤S9中腐蚀的加速性就会升得越高,但如果伤痕5的大小小于下限值,则通电步骤S9中的通电性降低,阴极反应难以进行。如果伤痕5的大小超过上限值,则伤痕5过大,在通电步骤S9中阴极反应变得不稳定,并且电泳涂膜4的膨胀减慢。这样一来,耐腐蚀性试验的可靠性就有可能降低。通过使伤痕5的大小在上述范围内,从而能够高精度且容易地算出伤痕5的大小,并且能够在短时间内进行可靠性高的耐腐蚀性试验。此外,在通电步骤S9中阴极反应和电泳涂膜4膨胀的进展加速。
如图7所示,可以使用通过实验方法得到的相关关系作为预先通过试验求出的电流值与伤痕5的大小之间的相关关系,也可以使用通过模拟等分析方法计算出的相关关系作为预先通过试验求出的电流值与伤痕5的大小之间的相关关系。
作为在第一测量步骤S5中使用的含水材料6,只要是上述含水材料6,则能够使用任意材料,例如能够直接使用在清洗步骤S4中使用的含水材料6。当在通电步骤S9中使用不同的含水材料6时,就要在接下来的第二布置步骤S6中更换含水材料6。
《第二布置步骤》
在通电步骤S9中,从促进含水材料6往电泳涂膜4中渗透的观点出发,优选使用除了水、支持电解质以外还含有粘土矿物以及/或者添加物的含水材料6。因此,在第二布置步骤S6中,将含水材料6更换为通电步骤S9中使用的含水材料6。
具体而言,例如从图1、图2所示的通孔38将含水材料6吸走,再向含水材料保持部11注入新的含水材料6。
《保持步骤》
在接下来的通电步骤S9之前,也可以设置保持步骤S7,在保持步骤S7中,将含水材料6布置在电泳涂膜4的表面上的这一状态保持规定时间。规定时间、即保持时间优选为1分钟以上1天以下,更优选为10分钟以上120分钟以下,特别优选为15分钟以上60分钟以下。
通过在将含水材料6布置在电泳涂膜4的表面上的状态下保持该含水材料6,从而能够预先促进含水材料6往电泳涂膜4中浸透。即,特别是如图3中圆点图案所示的那样,能够预先促进离子往电泳涂膜4中移动以及水往电泳涂膜4中渗透。这意味着在整个测定部分4A上以接近实际腐蚀过程的形式模拟再现了所谓的腐蚀抑制期间结束后的状态。这样一来,能够使在接下来的通电步骤S9中包覆金属材料1的腐蚀更顺利地进行,从而能够促进电泳涂膜4膨胀的进展,其中,该电泳涂膜4膨胀的进展用于评价表示腐蚀进展过程的腐蚀进展速度。这样一来,就能够缩短试验时间,并且能够提高耐腐蚀性试验的可靠性。
需要说明的是,在保持步骤S7和通电步骤S9中,优选对包覆金属材料1以及/或者含水材料6进行加热或温度调节。包覆金属材料1以及/或者含水材料6的温度,优选是在接下来的测温步骤S8中由温度传感器37检测出的温度,优选在30℃以上100℃以下,更优选在50℃以上100℃以下,特别优选在50℃以上80℃以下。由此,就能够促进离子往电泳涂膜4中移动以及水往电泳涂膜4中浸透。这样一来,能够在规定的温度条件下进行可靠性高的耐腐蚀性试验。具体而言,例如通过控制装置9将橡胶加热器41以及/或者加热板43的温度控制在上述温度上,由此来对包覆金属材料1以及/或者含水材料6进行温度调节。
《测温步骤》
优选在通电步骤S9之前设置测温步骤S8,测量含水材料6的温度。这样一来,就能够在所希望的温度设定下进行耐腐蚀性试验,耐腐蚀性试验的可靠性得以提高。
具体而言,例如,在即将进行通电步骤S9之前,利用温度传感器37检测温度信息,并存储在存储部92中。
《通电步骤》
通电步骤S9是这样的步骤:如图3的状态I所示,利用通电单元8,在将电极12和钢板2分别作为阳极和阴极的情况下在两者之间通电,由此在伤痕5的周围使钢板2的腐蚀进行。
在将电极12作为阳极、将钢板2作为阴极进行了通电的情况下,在伤痕5处的钢板2的露出部5A进行阴极反应。根据通电条件,也会对水进行电解,从而生成氢。
当进行阴极反应时,由于生成OH-,因而伤痕5的周围成为碱性环境。这样一来,钢板2表面的基底处理层(化学转化处理层)就会遭受破坏,电泳涂膜4的紧贴性下降,从而电泳涂膜4在伤痕5的周围产生膨胀。通过水的电解或H+的还原而产生的氢会促进电泳涂膜4膨胀。
图9是示出在通电步骤S9中包覆金属材料1的腐蚀进展情况的照片。
首先,将在作为金属基材的钢板2(SPC)上隔着化学转化膜3(磷酸锌皮膜、化学转化处理时间120秒)设置了环氧树脂类的电泳涂膜4(烘烤条件150℃×20分钟、厚度10μm)而形成的包覆金属材料1作为供试材料C。使用维氏硬度试验机,通过30kg的载荷人工地在供试材料C的形成有电泳涂膜4的面上形成了伤痕5。
使用5质量%盐水作为含水材料6,在图3的状态I下对供试材料C施加了60分钟的1mA的恒定电流。如图9所示,可知:从通电开始,就在伤痕5处开始产生氢,随着时间的推移,电泳涂膜4的膨胀以伤痕5为中心展开。
在上述伤痕5的周围阴极反应的进行和电泳涂膜4膨胀的进展会加速再现包覆金属材料1的实际腐蚀。即,在伤痕5的周围产生的电泳涂膜4膨胀的进展情况模拟地再现了包覆金属材料1腐蚀的进行情况。因此,通过评价从上述通电开始经过了规定时间后的那一时刻的电泳涂膜4的膨胀大小,从而能够评价包覆金属材料1的腐蚀的进行程度。特别是,电泳涂膜4的膨胀大小的增加速度相当于上述金属腐蚀过程中的腐蚀进展速度。因此,通过获得电泳涂膜4的膨胀大小的增加速度以作为包覆金属材料1腐蚀的进行程度,从而能够高精度地评价与包覆金属材料1的腐蚀进展速度相关的耐腐蚀性。
需要说明的是,在通电步骤S9中,通过对含水材料6施加电压,含水材料6中的阴离子(Cl-等)和阳离子(Na+等)分别通过电泳涂膜4向钢板2移动。然后,水被该阴离子和该阳离子吸引而渗透到电泳涂膜4中。
由于电极12以包围伤痕5的方式布置,因此对伤痕5周围的电泳涂膜4稳定地施加电压,从而在通电时离子能够高效地往该电泳涂膜4中移动,并且水能够高效地往该电泳涂膜4中渗透。
这样一来,经由通电,从而促进离子和水往伤痕5周围的电泳涂膜4中渗透,因此电流迅速成为稳定的状态。由此,在伤痕5处电泳涂膜4膨胀的进展变得稳定。
如上所述,在本实施方式中,能够稳定地促进伤痕5处的阴极反应的进行以及电泳涂膜4膨胀的进展,因此能够在极短时间内高精度地进行包覆金属材料1的耐腐蚀性试验。
图10是表示具体的耐腐蚀性试验之一例的图表。
准备了在作为金属基材的钢板2(SPC)上隔着化学转化膜3(磷酸锌皮膜)设置了环氧树脂类的电泳涂膜4(厚度10μm)而形成的包覆金属材料1作为供试材料D1~D4。需要说明的是,如图10所示,供试材料D1~D4由于电泳涂膜4的烘烤条件和化学转化膜的化学转化处理时间不同,电泳涂膜4和化学转化膜3的膜质会不同。关于电泳涂膜4的判定,电泳涂膜4的固化度高的为“优”,低的为“劣”。关于化学转化膜3的判定,用扫描型电子显微镜(SEM)观察化学转化处理后的钢板2的表面,在所得到的SEM图像(1500倍)中,将目视观察到不透明的情况作为“优”,将透明的情况作为“劣”。
使用维氏硬度试验机,通过30kg的载荷人工地在供试材料D1~D4的形成有电泳涂膜4的面上形成了伤痕5。
作为利用本实施方式所涉及的耐腐蚀性试验方法的实验例,在图3的状态I下,在含水材料6的温度为65℃的环境下,对供试材料D1~D4施加了30分钟的1mA的恒定电流。需要说明的是,使用模拟泥(组成成分:水1.2L、高岭石1kg、硫酸钠50g、氯化钠50g、氯化钙50g)作为含水材料6。
然后,除去模拟泥,清洗供试材料D1~D4的表面后,用胶带除去电泳涂膜4的膨胀部后,测量了剥离直径。图10是表示剥离后的供试材料D1~D4的表面的数字显微镜照片。需要说明的是,关于各供试材料的耐腐蚀性,将剥离直径为3mm以下判定为“优”,将超过3mm且为8mm以下判定为“良”,将超过8mm判定为“劣”。
作为参考例,进行了将供试材料D1~D4在温度50℃、湿度98%的条件下静置10天的实际腐蚀试验。然后,测量了电泳涂膜4的膨胀直径。作为各供试材料的耐腐蚀性,将膨胀直径为2mm以下判定为“优”,将超过2mm且为6mm以下判定为“良”,将超过6mm判定为“劣”。
就电泳涂膜4和化学转化膜3的膜质均优异的供试材料D1而言,在实验例和参考例这两者中,各自的剥离直径和膨胀直径较小,判定为“优”。
就电泳涂膜4和化学转化膜3中的任一者的膜质差的供试材料D2、D3而言,在实验例和参考例这两者中,判定为“良”。
就电泳涂膜4和化学转化膜3的膜质均较差的供试材料D4而言,在实验例和参考例这两者中,各自的剥离直径和膨胀直径较大,判定为“劣”。
如上所述,由图10所示的结果可知:实验例与参考例之间存在充分的相关关系,本实施方式所涉及的耐腐蚀性试验方法能够代替实际腐蚀试验,作为时间更短且可靠性高的耐腐蚀性试验使用。
需要说明的是,在通电步骤S9中,在电极12与钢板2之间施加恒定电流或恒定电压,优选施加恒定电流。
在进行恒定电流控制的情况下,虽然电流值在通电初期多少存在些偏差,但可以控制在大致设定值上。通过对通电进行恒定电流控制,而使得与腐蚀加速直接相关的电流值稳定,因此腐蚀的加速再现性变好。这样一来,能够提高耐腐蚀性试验的可靠性。
相对于此,在进行恒定电压控制的情况下,由于含水材料6往电泳涂膜4中的渗透程度、电阻值随化学转化膜劣化或生锈产生变动等的影响,导致电流值大幅度变动,有可能不利于腐蚀的加速再现性。需要说明的是,如果设置保持步骤S7,则在通电步骤S9之前就能够促进含水材料6往电泳涂膜4中渗透,因此即使在进行恒定电压控制的情况下也能够抑制电流值变动。也可以根据进行恒定电压控制时的电流图(电流波形),捕捉腐蚀进展过程中腐蚀的进展状态或腐蚀的程度。
通电步骤S9中的电流值优选为10μA以上10mA以下,更优选为100μA以上5mA以下,特别优选为500μA以上2mA以下。电流值低于10μA时,腐蚀的加速再现性降低,试验时间长。另一方面,如果电流值超过10mA,则腐蚀反应速度变得不稳定,与进行实际腐蚀的相关性变差。通过让电流值在上述范围内,既能够缩短试验时间,同时又能够提高试验的可靠性。
从能够使涂膜膨胀充分扩展且缩短试验时间的观点出发,通电步骤S9中的通电时间例如可以为0.05小时以上24小时以下,优选为0.1小时以上10小时以下,更优选为0.1小时以上5小时以下。需要说明的是,在设置保持步骤S7的情况下,优选为0.1小时以上1小时以下。
《第二测量步骤》
需要高精度地测量通电步骤S9之后的电泳涂膜4的膨胀大小,但如果通过目视膨胀部的图像等来测量膨胀大小的话,则工序数增加,并且误差有可能变大。
第二测量步骤S10是在通电步骤S9后使用电化学方法测量在伤痕5周围产生的电泳涂膜4的膨胀大小的步骤。测量上述的膨胀直径或膨胀面积、或者剥离直径或剥离面积以作为电泳涂膜4的膨胀大小。需要说明的是,当在第一测量步骤S5中测量出伤痕5的直径作为伤痕5的大小时,则测量膨胀直径或剥离直径,而当测量出伤痕5的面积作为伤痕5的大小时,则测量膨胀面积或剥离面积。
优选以与第一测量步骤S5相同的方法进行第二测量步骤S10中的电泳涂膜4的膨胀大小的测量。这是因为能够统一在两个步骤中所得到的测量值的精度,从而提高对腐蚀进行程度的计算精度。
第二测量步骤S10中的电泳涂膜4的膨胀大小的测量方法具体如下。即,如图3的状态II所示,利用通电单元8,在将电极12和钢板2分别作为阴极和阳极的情况下在两者之间施加恒定电压。这样一来,利用通电单元8检测在两者之间流动的电流值。在控制装置9中,该电流值作为检测出的值存储在存储部92中。在存储部92中还存储有预先通过试验求出的电流值与电泳涂膜4的膨胀大小之间的相关关系。运算部91根据检测出的电流值和上述相关关系,计算出电泳涂膜4的膨胀大小。
根据本结构,能够通过电化学方法测量电泳涂膜4的膨胀大小,因此能够简化试验的工序,并且能够降低测量误差。
下面,结合图11到图13所示的具体实验结果进行说明。
本申请发明者们发现:在图3的状态II下,利用通电单元8,在将电极12和钢板2分别作为阴极和阳极的情况下在两者之间施加了恒定电压时,在两者之间流动的电流值相对于电泳涂膜4的膨胀大小呈线性增加。
首先,准备了与供试材料B相同规格的包覆金属材料1作为供试材料E。使用维氏硬度试验机,通过各种载荷人工地在供试材料E的形成有电泳涂膜4的面上形成了伤痕5。
在供试材料E的伤痕5的部分布置了模拟泥(组成成分:水1.2L、高岭石1kg、硫酸钠50g、氯化钠50g、氯化钙50g)作为含水材料6。作为通电步骤S9,在图3的状态I(钢板-、电极+)下,在含水材料6的温度为65℃的环境下,施加了30分钟的1mA的恒定电流。
然后,在布置了模拟泥的状态下,在图3的状态II(钢板+、电极-)下施加了5分钟的0.5V的恒定电压,并测量出电流值。
接着,除去模拟泥,洗净供试材料E的表面后,除去电泳涂膜4的膨胀部。然后,用数字显微镜拍摄剥离部的照片,利用照片计算出剥离面积以作为电泳涂膜4的膨胀大小。
图11是示出对于利用照片计算出的剥离面积为3.1mm2的供试材料E,在图3的状态II(钢板+、电极-)下施加恒定电压时的电流值随时间变化的曲线图。如图11所示,可知:从开始施加电压(0秒)到大约120秒为止,电流值的变动大。并且,从开始施加电压起经过大约2分钟后,电流值开始稳定。可以认为这与第一测量步骤S5相同,起因于各界面处的化学反应速度的稳定性。在本实验中,将从开始施加电压起经过2分钟后到5分钟为止的这一期间的电流值的最低值作为在该供试材料E的膨胀部中检测出的电流值。也同样地得到了在供试材料E的其他膨胀部检测出的电流值。需要说明的是,检测出的电流值不限于规定期间的最低值,也可以采用平均值等。
图12是相对于剥离面积绘制出按照上述方式得到的所测量出的电流值的曲线图。需要说明的是,用点划线画出的圆表示图11的供试材料E的数据。如图12所示,与图7相同,可知在剥离面积与测量出的电流值之间存在线性的相关关系。图12所示的相关关系是存储在存储部92中的、预先通过试验求出的电流值与电泳涂膜4的膨胀大小之间的相关关系之一例。
另一方面,图13是相对于剥离面积绘制出代替电流值而检测出的电阻值所得到的曲线图。也能够确认出在剥离面积与电阻值之间具有相关关系,但与图8相同,其为非线性的相关关系。具体而言,在剥离面积较小的区域,电阻值的变化增大,在剥离面积较大的区域,电阻值的变化减小。在用电阻值代替电流值的情况下,回归式拟合中的误差、计算时的误差有可能变大。
能够按照与考虑第一测量步骤S5中的图7和图8的不同点相同的方式对图12和图13的不同点加以考虑。
如上所述,由于在图3的状态II下的整个系统存在多个界面,因而整个系统的电阻值不遵循所谓的欧姆定律,并不是一个常数。因此,可以想到:在恒定电压或恒定电流的条件下,且在各界面的化学反应的速度等经过充分的时间稳定后的稳定状态下,检测电流值、电压值或电阻值,并将检测出的电流值、电压值或电阻值用于测量电泳涂膜4的膨胀大小。
如上所述,在各界面的化学反应的速度等稳定后的稳定状态下,可以假设上述式(1)~式(4)成立。
即,根据式(2),在恒定电压和恒定电流中的任一条件下,电阻值R也都与截面积S成反比。
根据式(3),在恒定电压的条件下,电流值I与截面积S成正比。
根据式(4),在恒定电流的条件下,电压值V与截面积S成反比。
如果电泳涂膜4发生膨胀,则在膨胀部,在电泳涂膜4与钢板2之间产生空隙。能够认为该空隙被含水材料6或其成分填满。这样一来,在膨胀部的钢板2的露出面(即,相当于剥离部)与含水材料6或其成分相接触的部分,进行阳极反应。
如果含水材料6的成分、浓度等其他条件相同,则可以认为整个系统的截面积S与膨胀部的钢板2的露出面的面积即膨胀面积和剥离面积具有线性相关关系。这样一来,就能够预测:上述电阻值R、恒定电压条件下的电流值I以及恒定电流条件下的电压值V、与膨胀面积和剥离面积之间的相关关系也分别成为遵循上述式(2)、式(3)以及式(4)的关系。即,可以认为:上述电阻值R和恒定电流条件下的电压值V与膨胀面积和剥离面积呈非线性的相关关系,另一方面,恒定电压条件下的电流值I与膨胀面积和剥离面积呈线性的相关关系。因此,从提高测量精度的观点出发,优选根据在恒定电压条件下检测出的电流值来测量电泳涂膜4的膨胀面积或剥离面积。
需要说明的是,在测量膨胀直径或剥离直径以作为电泳涂膜4的膨胀大小的情况下,只要将如图12所示的预先通过试验求出的电流值与电泳涂膜4的膨胀直径或剥离直径之间的相关关系存储在存储部92中,再将其用于膨胀直径或剥离直径的计算即可。
与第一测量步骤S5相同,在第二测量步骤S10中,作为恒定电压,优选施加小于理论电压的电压,该理论电压是通过电解水来产生氢的电压。如果含水材料6的温度为25℃,则优选施加小于1.23V的电压,1.23V即通过电解水来产生氢的理论电压(25℃)。这样一来,与第一测量步骤S5相同,能够抑制氢产生,从而能够提高电泳涂膜4的膨胀大小的测量精度。
需要说明的是,与第一测量步骤S5相同,关于恒定电压的下限值,优选为0.05V以上,更优选为0.1V以上。如果恒定电压小于下限值,则电流值过小,测量误差有可能变大。
此外,基于与第一测量步骤S5相同的理由,在第二测量步骤S10中,优选在图3的状态II(钢板+、电极-)下施加电压。如果在图3的状态I(钢板-、电极+)下施加电压,则虽然有电流流过,但在伤痕5处进行阴极反应,因此包覆金属材料1的腐蚀进一步进行,耐腐蚀性试验的可靠性有可能降低。特别是在图3的状态I(钢板-、电极+)下,如果施加超过引起水电解的理论电压的电压,则在伤痕5处也会电解水而产生氢,因此容易推进腐蚀的进行,并不优选。
作为电泳涂膜4的膨胀大小的膨胀面积和剥离面积优选在0.1mm2以上200mm2以下,更优选在0.2mm2以上150mm2以下,特别优选在0.5mm2以上120mm2以下。作为电泳涂膜4的膨胀大小的膨胀直径和剥离直径优选在0.4mm以上20mm以下,更优选在0.6mm以上17mm以下,特别优选在1mm以上15mm以下。
当电泳涂膜4的膨胀大小小于下限值时,腐蚀的进展不充分,耐腐蚀性试验的可靠性有可能降低。如果电泳涂膜4的膨胀大小超过上限值,则上述电流值过大,有可能无法充分地获得与上述电流值之间的相关关系。如果电泳涂膜4的膨胀过大,则为了产生这种膨胀,特别是在膜质优异的包覆金属材料1中,通电步骤S9中的通电时间也有可能变长。通过使电泳涂膜4的膨胀大小在上述范围内,从而能够高精度且容易地计算出电泳涂膜4的膨胀大小,并且能够在短时间内进行可靠性高的耐腐蚀性试验。
如图12所示,可以使用通过实验方法得到的相关关系作为预先通过试验求出的电流值与电泳涂膜4的膨胀大小之间的相关关系,也可以使用通过模拟等分析方法计算出的相关关系作为预先通过试验求出的电流值与电泳涂膜4的膨胀大小之间的相关关系。
作为在第二测量步骤S10中使用的含水材料6,只要是上述材料就没有限定,但从简化耐腐蚀性试验的工序的观点出发,优选直接使用在通电步骤S9中使用的含水材料6。换言之,优选在通电步骤S9结束后,从图3的状态I变为状态II,直接进行第二测量步骤S10。
需要说明的是,在电泳涂膜4的膨胀部处电泳涂膜4与钢板2之间的空隙中,有时因通电时的化学反应而积存有氢。在该情况下,由于第二测量步骤S10中的电流值变小,积存有氢就可能成为测量误差增大的原因,因此也可以在第二测量步骤S10之前,在膨胀部的电泳涂膜4上开孔以排出氢。
不管是否为含有氢的状况,都可以在通电步骤S9后,除去含水材料6,清洗包覆金属材料1以后,剥离膨胀部的电泳涂膜4,然后布置新的含水材料6,再进行第二测量步骤S10。
《计算步骤》
在计算步骤S11中,计算包覆金属材料1的腐蚀的进行程度。
如上所述,通过观察从通电步骤S9中的通电开始算起经过了规定时间后的那一时刻电泳涂膜4的膨胀进展到何种程度,就能够得到包覆金属材料1的腐蚀的进展程度。
能够例举出在第一测量步骤S5中测量出的伤痕5的大小与在第二测量步骤S10中测量出的电泳涂膜4的膨胀大小之差、电泳涂膜4的膨胀的进展速度等作为表示腐蚀的进行程度的指标,但优选用电泳涂膜4的膨胀的进展速度作为表示腐蚀的进行程度的指标。这是因为电泳涂膜4的膨胀的进展速度相当于上述的腐蚀进展速度。
在计算电泳涂膜4的膨胀的进展速度作为腐蚀的进行程度的情况下,例如是按照以下顺序进行的。即,根据在第一测量步骤S5中测量出的伤痕5的面积或直径、和在第二测量步骤S10中测量出的膨胀面积或剥离面积再或者膨胀直径或剥离直径,计算通电中电泳涂膜4的膨胀发生了进展的区域的面积或距离等。根据该发生了进展的区域的面积或距离和通电步骤S9中的通电时间,计算电泳涂膜4的膨胀进展的速度。
在计算步骤S11中计算出的腐蚀的进展程度例如可以与实际腐蚀试验相关联地用于包覆金属材料1的耐腐蚀性的评价。具体而言,例如,预先求出通过该耐腐蚀性试验得到的腐蚀的进展程度与通过实际腐蚀试验得到的腐蚀进展速度之间的关系,根据该耐腐蚀性试验结果,就能够观察到其相当于实际腐蚀试验中何种程度的耐腐蚀性。
(第二实施方式)
下面,对本公开所涉及的其他实施方式进行详细的说明。需要说明的是,在这些实施方式的说明中,用同一符号表示与第一实施方式相同的部分,并省略详细的说明。
在第一实施方式中,对在包覆金属材料1的一处存在伤痕5的情况、或者使用相互分离开的多处伤痕5中的一处的情况进行了说明。
在第二实施方式中,对在包覆金属材料1的相互分离开的多处存在伤痕5,并使用其中的两处伤痕5的情况进行说明。
图14是用于说明第二实施方式所涉及的耐腐蚀性试验方法的原理和耐腐蚀性试验装置之一例的图。
<耐腐蚀性试验装置>
具体而言,例如可以通过将图1、图2所示的电极部装置300设置在两处伤痕5的部分来实现图14所示的耐腐蚀性试验装置100。需要说明的是,在该情况下,既可以共用控制装置9,也可以在各个电极部装置300各设置一个控制装置9。在设置橡胶加热器41等第一温度调节元件的情况下,优选在各个电极部装置300各设置一个控制装置9。在设置加热板43等第二温度调节元件的情况下,可以在与各个电极部装置300对应的位置处各设置一个控制装置9,也可以在与两个电极部装置300的整体对应的位置处设置一个控制装置9。
如图14所示,第二实施方式的耐腐蚀性试验装置100包括两个含水材料保持部11。两个含水材料保持部11分别收纳有含水材料6。各含水材料保持部11中收纳的含水材料6分别与两处伤痕5相接触。
第二实施方式的耐腐蚀性试验装置100包括两个电极12。两个电极12分别插入两个含水材料保持部11,并与含水材料6相接触。
在本实施方式中,外部电路7将两个电极12之间电连接起来,而不是直接与钢板2相连,这一点与第一实施方式所涉及的耐腐蚀性试验装置100不同。
<耐腐蚀性试验方法>
《准备步骤》
在准备步骤S1中,准备包括至少两处伤痕5的包覆金属材料1。
优选两处伤痕5中的至少一处形成为点状。在后述的第二测量步骤S10中测量的电泳涂膜4的膨胀大小较大的伤痕5优选在该准备步骤S1中形成为点状。进而,在后述的通电步骤S9中进行阴极反应的伤痕5、即成为阴极部位的伤痕5优选形成为点状。在该情况下,成为阳极部位的伤痕5的形状没有特别限定,可以是点状,也可以是例如切割伤痕那样的线状等。
从易于确认电泳涂膜4的膨胀的观点出发,两处伤痕5之间的距离优选在2cm以上,进一步优选在3cm以上。
《电路连接步骤和第一布置步骤》
如图14所示,在电路连接步骤S2中,在包覆金属材料1的电泳涂膜4上布置两个含水材料保持部11,使各含水材料保持部11分别包围两处伤痕5。然后,将通过布线71彼此相连的两个电极12分别插入两个含水材料保持部11。在第一布置步骤S3中,将含水材料6分别注入到两个含水材料保持部11中。
如上所述,两处伤痕5成为经由与该伤痕5相接触的含水材料6而通过外部电路7电连接起来的状态。
《清洗步骤》
在清洗步骤S4中,利用通电单元8交替地切换流向外部电路7的电流的方向,并在两个电极12之间通电。如果在两个电极12之间通电,则经由含水材料6也会对钢板2进行通电。
具体而言,图14示出左侧的电极12与通电单元8的负极侧相连、右侧的电极12与通电单元8的正极侧相连的状态。在图14的状态下,在左侧的电极12与含水材料6之间的界面进行还原反应,因此左侧的电极12成为阴极。左侧的伤痕5与和左侧的电极12所接触的含水材料相同的含水材料6相接触,因此在左侧的伤痕5处的钢板2的露出部5A进行上述阳极反应。即,左侧的伤痕5成为阳极部位。
由上述阳极部位的阳极反应产生的电子e-通过钢板2向右侧的伤痕5移动。右侧的伤痕5处的钢板2的露出部5A与含水材料6相接触,因此进行上述阴极反应。即,右侧的伤痕5成为阴极部位。右侧的伤痕5所接触的含水材料6也与右侧的电极12相接触,因此在右侧的电极12与含水材料6之间的界面进行氧化反应。这样一来,右侧的电极12成为阳极。
由于进行阴极反应,因此成为阴极部位的伤痕5成为与图3的状态I相同的状态。另一方面,由于进行阳极反应,因此成为阳极部位的伤痕5成为与图3的状态II相同的状态。
当交替地切换流向外部电路7的电流的方向时,图14的状态和使图14的状态左右反转过来的状态就会交替地进行切换。具体而言,如果从图14的状态开始进行两次电流方向的切换,则左侧的伤痕5就会成为阳极部位→阴极部位→阳极部位。另一方面,右侧的伤痕5成为阴极部位→阳极部位→阴极部位。这样一来,就能够同时除去两处伤痕5中的附着物。由此,清洗步骤S4中的处理效率得以提高。
需要说明的是,在该情况下,由于两处伤痕5中的一处必然从阳极部位开始,因此从确保伤痕5中的附着物的充分除去性的观点出发,切换的次数优选进行三次以上。
从提高处理的稳定性的观点出发,优选采用像第一实施方式那样用外部电路7将电极12和钢板2连接起来并分别处理两处伤痕5的结构。
《第一测量步骤》
在由外部电路7将两个电极12之间连接起来的状态下,如图14所示,一处伤痕5成为阳极部位,另一处伤痕5成为阴极部位。
在该状态下,可以进行第一测量步骤S5,而优选采用与第一实施方式中的第一测量步骤S5相同的测量方式。
如上所述,有可能在成为阴极部位的伤痕5处进行腐蚀。还有可能只流过反映两处伤痕5中较小的伤痕5的尺寸的电流,因此在两处伤痕5的尺寸差较大的情况下,较大的伤痕5的尺寸的测量精度有可能降低。
因此,本实施方式的第一测量步骤S5优选与第一实施方式的第一测量步骤S5相同。具体而言,将由外部电路7将两个电极12之间连接起来的状态变成由外部电路7将电极12与钢板2之间连接起来的状态。这样一来,与第一实施方式相同,分别测量两处伤痕5的大小。
《第二布置步骤》
在第二布置步骤S6中,返回由外部电路7将两个电极12之间连接起来的状态,并且进行与第一实施方式相同的作业。
《测温步骤》
在测温步骤S8中,只要测量两者的含水材料6的温度即可,但特别优选测量成为阴极部位的伤痕5侧(电极12为阳极侧)的含水材料6的温度。
《通电步骤》
在通电步骤S9中,通过将两个电极中的一者和另一者分别作为阳极和阴极并在两者之间通电,由此来使包覆金属材料的腐蚀进行。
如上所述,例如在图14的状态下,左侧的电极12成为阴极,右侧的电极12成为阳极。这样一来,左侧的伤痕5成为阳极部位,右侧的伤痕5成为阴极部位。
如上所述,成为阳极部位的伤痕5成为与图3的状态II的伤痕5相同的状态。在成为阳极部位的伤痕5处进行阳极反应,抑制阴极反应的进行,因此电泳涂膜4几乎没有发生膨胀。
另一方面,如上所述,成为阴极部位的伤痕5成为与图3的状态I的伤痕5相同的状态。在成为阴极部位的伤痕5处,电泳涂膜4的膨胀得以进展。因此,通过评价从通电开始经过了规定时间后的那一时刻的阴极部位的电泳涂膜4的膨胀大小,从而能够评价包覆金属材料1的腐蚀的进行程度。
需要说明的是,根据伤痕5的大小、形状等、通电单元8通电时的电流值等条件,有时在阳极部位也进行阴极反应。即,在本实施方式中,优选在两处伤痕5中,进行阳极反应的伤痕5和进行阴极反应的伤痕5清楚地分开,但有时存在不能清楚分开的情况。在该情况下,电泳涂膜4的膨胀也可能在阳极部位进行。在该情况下,由于电泳涂膜4的膨胀可能在两处伤痕5处进行,因此在后述的计算步骤S11中,根据电泳涂膜4的膨胀大的那一处伤痕5,计算包覆金属材料1的腐蚀的进行程度。
如上所述,在本实施方式中,经由通电,将进行阳极反应的阳极部位和进行阴极反应的阴极部位分离开,并且能够稳定地促进伤痕5处的两个反应的进行和电泳涂膜4的膨胀的进展,因此能够在极短时间内高精度地进行包覆金属材料1的耐腐蚀性试验。
需要说明的是,与第一实施方式相同,在两个电极12之间施加恒定电流或恒定电压,优选施加恒定电流。
在两个电极12之间流动的电流值也优选为与第一实施方式相同的值。
《第二测量步骤》
本实施方式所涉及的第二测量步骤S10也可以在由外部电路7将两个电极12之间连接起来的状态下进行,但基于与第一测量步骤S5相同的理由,优选与第一实施方式的第二测量步骤S10相同。
具体而言,将由外部电路7将两个电极12之间连接起来的状态变成由外部电路7将电极12与钢板2之间连接起来的状态。这样一来,与第一实施方式相同,测量电泳涂膜4的膨胀大小。
需要说明的是,在阴极部位的电泳涂膜4的膨胀明显大于阳极部位的电泳涂膜4的膨胀的情况下,只要测量阴极部位的电泳涂膜4的膨胀大小即可。在两者都发生了电泳涂膜4的膨胀的情况下,测量这两者的电泳涂膜4的膨胀大小,比较结果,从中选择较大的一者即可。
《计算步骤》
只要根据阴极部位的伤痕5的大小和电泳涂膜4的膨胀大小,计算包覆金属材料1的腐蚀的进行程度即可。在阳极部位和阴极部位这两处电泳涂膜4的膨胀都得到进展的情况下,根据电泳涂膜4的膨胀大小较大的位置处的伤痕5的大小和电泳涂膜4的膨胀大小,计算包覆金属材料1的腐蚀的进展程度即可。
(第三实施方式)
在上述实施方式中,也可以设置下述补正步骤S12。
《补正步骤》
如果伤痕5在通电步骤S9前的大小存在偏差,则在伤痕5处进行的阴极反应以及水的电解反应的进行程度、由电泳涂膜4的溶胀引起的伤痕5的闭合状况、在电泳涂膜4的膨胀部内产生的氢的去气程度等也会产生偏差。这样一来,电泳涂膜4的膨胀大小也会产生偏差,耐腐蚀性试验的可靠性就会降低。但是,准备具有大小总是完全相同的伤痕5的包覆金属材料1以抑制上述偏差发生是很困难的。
在补正步骤S12中,根据通电步骤S9之前的伤痕5的大小,对在计算步骤S11中计算出的腐蚀的进行程度进行补正。
具体而言,例如,在补正步骤S12中,基于在第一测量步骤S5中测量出的伤痕5的大小、和预先通过试验求出的伤痕5的大小与包覆金属材料1的腐蚀的进行程度之间的相关关系,对在计算步骤S11中计算出的包覆金属材料1的腐蚀的进行程度进行补正。
在补正步骤S12中,控制装置9的运算部91作为补正包覆金属材料1的腐蚀的进行程度的补正单元发挥作用。补正后的包覆金属材料1的腐蚀进行程度的信息也存储在存储部92中。
作为具体示例,在第二实施方式中,以采用电泳涂膜4的膨胀的进展速度即腐蚀进展速度作为腐蚀的进行程度的这一情况为例进行说明。图15是示出后述的实验例的耐腐蚀性试验中的供试材料F1、F2的伤痕5的直径与腐蚀进展速度的指数之间的关系的曲线图。需要说明的是,“腐蚀进展速度的指数”是以腐蚀进展速度与伤痕5的直径为1mm时的腐蚀进展速度之比表示的。
如图15所示,在供试材料F1、F2的任一者中,腐蚀进展速度也随着伤痕5的直径从1.5mm减小到0.2mm而增加。这表示伤痕5的直径越小,腐蚀的加速性越高。换言之,如果伤痕5的直径变大,则腐蚀进展速度降低,即腐蚀的加速再现性降低。可以认为这主要是因为伤痕5的直径变大使得伤痕5处的钢板2的露出部的面积增加之故。如果钢板2的露出部的面积增加,则不直接参与电泳涂膜4膨胀的电化学反应(由氢离子还原产生氢)增加,由通电单元8供给的电能的浪费部分就可能会增加。
如果根据供试材料F1、F2的结果计算回归式,则成为图15中实线所示的曲线(R2=0.97)。该回归式是上述相关关系之一例。如上所述,伤痕5的大小与腐蚀进展速度之间的相关关系可以预先通过实验或模拟等分析方法试验性地求出。将图15的实线所示的回归式的信息作为相关关系存储在存储部92中,用于补正即可。
上述的相关关系也可以设为与伤痕5的大小相对应的补正系数。具体而言,例如也可以将根据图15所示的回归式计算出的、与规定的伤痕5的大小相对应的补正系数的信息存储在存储部92中,用于补正。例如在图15的例子中,补正系数是指与规定的伤痕5的直径相对应的回归式上的腐蚀进展速度的指数。具体而言,例如,在图15中,伤痕5的直径为1mm时的补正系数为1,伤痕5的直径为0.4mm时的补正系数为1.5。例如伤痕5的直径每间隔0.1mm就计算一次这样的补正系数,并将其用于补正即可。通过预先计算与伤痕5的大小相对应的补正系数以作为相关关系,从而使补正变得容易。这样一来,就能够以简单的结构进行可靠性和通用性高的耐腐蚀性试验。
作为具体示例,假设在第一测量步骤S5中测量的伤痕5的直径为0.4mm,在计算步骤S11中计算的腐蚀进展速度为1.5mm/h。采用补正系数作为相关关系,例如伤痕5的直径为1mm和0.4mm时的补正系数分别为1和1.5。在该情况下,运算部91根据伤痕5的直径为0.4mm的信息和从存储部92读出的伤痕5的直径为0.4mm时的补正系数为1.5的信息,将腐蚀进展速度1.5mm/h的值除以补正系数1.5,从而补正为1mm/h。
通过设置上述补正步骤S12,从而不管进行阴极反应的伤痕5的通电前的大小如何,都能够高精度地评价包覆金属材料1的腐蚀的进行程度。这样一来,就能够提高耐腐蚀性试验的可靠性和通用性。
-实验例-
[耐腐蚀性试验]
如表2所示,准备了电泳涂膜4的涂料和电泳烘烤条件均不同的两种材料作为供试材料F1、F2。
【表2】
就供试材料F1、F2而言,金属基材均为钢板2,化学转化膜均为磷酸锌皮膜(化学转化处理时间120秒),电泳涂膜4的厚度均为10μm。以图14所示的方式对各供试材料进行了本实施方式所涉及的耐腐蚀性试验。
使用维氏硬度试验机,在供试材料F1、F2上以相同直径形成了彼此间隔4cm的两处到达钢板2的伤痕5。具体而言,如表2所示,就供试材料F1而言,准备了三种样品,每种样品分别在两处形成了直径为0.2mm、0.6mm或1.5mm的伤痕5。就供试材料F2而言,准备了五种样品,每种样品分别在两处形成了直径为0.2mm、0.42mm、0.6mm、1mm或1.5mm的伤痕5。
使用了在1.2L水中混合作为支持电解质的50g氯化钠、50g氯化钙、50g硫酸钠、以及作为粘土矿物的1000g高岭石而成的模拟泥以作为含水材料6。使用了外径约为12mm、内径约为10mm的环状的有孔电极(铂制)作为电极12。在钢板2的下侧布置加热板,将钢板2和含水材料6的温度加热到了65℃。
通电单元8的电流值为1mA。将含水材料6布置在电泳涂膜4的表面上并保持了30分钟后,进行了通电。通电时间为0.5小时。
通电结束后,用上述方法计算出各供试材料的图15所示的腐蚀进展速度。
(第四实施方式)
在上述实施方式中,第一测量步骤S5和第二测量步骤S10是通过电化学方法分别测量伤痕5的大小和电泳涂膜4的膨胀大小的步骤,但并不限于上述结构。
具体而言,例如也可以根据包覆金属材料1的表面的图像数据来测量伤痕5的大小和电泳涂膜4的膨胀大小。
即,第一测量装置以及/或者第二测量装置也可以构成为:具备用于获取包覆金属材料1的表面、即电泳涂膜4的表面的图像数据的图像检测单元。具体而言,图像检测单元例如是CCD照相机等照相机、数字显微镜、光学显微镜以及电子显微镜等。在第一测量步骤S5和第二测量步骤S10中,图像检测单元分别拍摄通电步骤S9之前的伤痕5的图像和通电步骤S9之后伤痕5周围的电泳涂膜4膨胀的图像。
在该情况下,该图像检测单元可以与控制装置9电连接或无线连接。由图像检测单元获取到的图像数据被送往控制装置9,并存储在存储部92中。运算部91在该图像数据的基础上测量伤痕5的大小以及/或者电泳涂膜4的膨胀大小。根据本结构,由于使用由图像检测单元获取到的图像数据,因此能够高精度地测量伤痕5的大小以及/或者电泳涂膜4的膨胀大小。需要说明的是,控制装置9也可以构成为:例如向图像检测单元也输出控制信号,控制照相机的拍摄时刻等。
(第五实施方式)
在上述实施方式中,包覆金属材料1的测定部分4A是包含贯穿电泳涂膜4和化学转化膜3而到达钢板2的伤痕5的结构,但伤痕5也可以不到达钢板2。测定部分4A也可以不包括伤痕5。
在该情况下,例如在图3所示的测定部分4A中,如果渗透到电泳涂膜4中的含水材料6到达钢板2,则在含水材料6与钢板2的接触部进行阴极反应(状态I)或阳极反应(状态II)。即,即使在伤痕5未到达钢板2、或者没有伤痕5的情况下,含水材料6往电泳涂膜4中渗透而最初到达钢板2时也可以认为是腐蚀抑制期间结束时。含水材料6与钢板2接触时开始发生腐蚀。以最初发生腐蚀的部分为起点使腐蚀加深,利用电泳涂膜4的膨胀大小计算出腐蚀进展速度。需要说明的是,从以所希望的位置为起点促进腐蚀的观点出发,优选包覆金属材料1包括伤痕5、特别是到达钢板2的伤痕5。
在包覆金属材料1不包括伤痕5的情况下,就不需要清洗步骤S4和第一测量步骤S5。在该情况下,例如在第二测量步骤S10中测量在通电步骤S9中产生的电泳涂膜4的膨胀大小,根据该大小计算腐蚀的进行程度即可。
(其他实施方式)
图1、图2所示的电极部装置300和耐腐蚀性试验装置100为一例,只要是能够实施图1、图2所示装置的原理、以及图3、图14及上述实施方式的记载中说明的耐腐蚀性试验方法的原理的电极部装置和耐腐蚀性试验装置即可,并不限于图1、图2的结构。
在上述实施方式中,构成为:包括与各种检测单元、各种控制对象等电连接或无线连接的控制装置9,但本公开的耐腐蚀性试验方法也可以通过其他单元进行。具体而言,例如,也可以由用户将通电单元8的通电信息、温度传感器37的温度信息、图像检测单元的图像数据等读入到其他计算机中进行处理。
在上述实施方式中,采用了下述结构:由单个控制装置9承担例如第一测量步骤S5、第二测量步骤S10以及计算步骤S11中的计算单元等的作用。不过,也可以是例如针对每个步骤使用不同的控制装置等不同的单元。需要说明的是,从有助于提高控制装置9的计算结果的精度和耐腐蚀性试验装置100的紧凑化的观点出发,优选由单个控制装置9承担多个作用。
对包覆金属材料1和含水材料6的温度调节不限于上述实施方式的结构。例如,也可以将整个电极部装置300导入炉中来进行温度调节。
第二布置步骤S6也可以在第一测量步骤S5之前进行。当在通电步骤S9和第二测量步骤S10中使用不同的含水材料6的情况下,只要在通电步骤S9和第二测量步骤S10之间设置与第二布置步骤S6相同的第三布置步骤即可。也可以只包括第二布置步骤S6和第三布置步骤中的任一者。当在清洗步骤S4、第一测量步骤S5、通电步骤S9以及第二测量步骤S10中使用的含水材料6相同的情况下,也可以不设置第二布置步骤S6和第三布置步骤。
-产业实用性-
本公开能够提供一种可靠性和安全性优异的用于包覆金属材料的耐腐蚀性试验的电极部装置、包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法以及包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置,因此本公开是非常有用的。
Claims (12)
1.一种电极部装置,其用于包覆金属材料的耐腐蚀性试验,所述包覆金属材料是通过在金属基材上设置表面处理膜而形成的,其特征在于:
该电极部装置包括:
容器主体,其呈筒状且放置在所述表面处理膜上,并在内部保持与该表面处理膜相接触的含水材料;
盖部,其封住所述容器主体的上侧开口部;
通孔,其设置在所述容器主体的上侧侧壁上;以及
电极,其与收纳在所述容器主体的内部的所述含水材料相接触。
2.根据权利要求1所述的电极部装置,其特征在于:
所述通孔用于引出所述电极或与所述电极相连的布线、用于注入所述含水材料、以及/或者用于释放所述容器主体的内压。
3.根据权利要求1或2所述的电极部装置,其特征在于:
所述电极部装置包括:
孔,其设置在所述容器主体的下侧侧壁上并贯穿到所述容器主体的内部;以及
温度检测单元,其插入所述孔中并检测所述含水材料的温度。
4.根据权利要求1或2所述的电极部装置,其特征在于:
所述金属基材由钢材制成,
所述电极部装置包括设置在所述容器主体的底面侧的环状磁铁。
5.根据权利要求1或2所述的电极部装置,其特征在于:
所述电极部装置包括设置在所述容器主体的底面侧并放置在所述表面处理膜上的由硅酮树脂制成的筒状底部。
6.根据权利要求1或2所述的电极部装置,其特征在于:
所述盖部由从丙烯酸树脂、环氧树脂以及芳香族聚醚醚酮组成的组中选出的至少一种树脂材料制成。
7.一种包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置,所述包覆金属材料是通过在金属基材上设置表面处理膜而形成的,其特征在于:
该包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置包括:
一个或两个权利要求1到6中任一项权利要求所述的电极部装置;
外部电路,其将所述电极与所述金属基材之间电连接起来,或者将两个所述电极之间电连接起来;以及
通电单元,其设置在所述外部电路上,并将所述电极和所述金属基材分别作为阳极和阴极,或者将两个所述电极中的一者和另一者分别作为阳极和阴极,在所述阳极和所述阴极之间通电,由此来使所述包覆金属材料的腐蚀进行。
8.根据权利要求7所述的包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置,其特征在于:
所述包覆金属材料形成有贯穿所述表面处理膜而到达所述金属基材的伤痕,
所述容器主体布置成保证所述含水材料与所述伤痕相接触,
所述包覆金属材料的腐蚀的进行表现为在所述伤痕的周围产生的所述表面处理膜的膨胀,
所述包覆金属材料的耐腐蚀性试验装置还包括:
第一测量装置,其测量所述伤痕的大小;
第二测量装置,其测量所述表面处理膜的膨胀大小;
计算单元,其根据由所述第一测量装置测量出的所述伤痕的大小、和由所述第二测量装置测量出的所述表面处理膜的膨胀大小,计算所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度;以及
补正单元,其根据所述伤痕的大小、和预先通过试验求出的伤痕的大小与所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度之间的相关关系,对由所述计算单元计算出的所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度进行补正。
9.一种包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法,所述包覆金属材料是通过在金属基材上设置表面处理膜而形成的,其特征在于:
该包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法包括:
连接步骤,在该连接步骤中,在所述包覆金属材料的所述表面处理膜上布置一个或两个权利要求1~6中任一项权利要求所述的电极部装置,并且用外部电路将所述电极与所述金属基材之间电连接起来,或者将两个所述电极之间电连接起来;以及
通电步骤,在该通电步骤中,将所述电极和所述金属基材分别作为阳极和阴极,或者将两个所述电极中的一者和另一者分别作为阳极和阴极,利用所述外部电路在所述阳极和所述阴极之间通电,由此来使所述包覆金属材料的腐蚀进行。
10.根据权利要求9所述的包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法,其特征在于:
所述包覆金属材料形成有贯穿所述表面处理膜而到达所述金属基材的伤痕,
在所述连接步骤中,所述容器主体布置成保证所述含水材料与所述伤痕相接触。
11.根据权利要求10所述的包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法,其特征在于:
在所述通电步骤中,所述包覆金属材料的腐蚀的进行表现为在所述伤痕的周围产生的所述表面处理膜的膨胀,
所述包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法还包括:
第一测量步骤,在所述通电步骤之前,测量所述伤痕的大小;
第二测量步骤,在所述通电步骤后,测量所述表面处理膜的膨胀大小;
计算步骤,在该计算步骤中,根据在所述第一测量步骤中测量出的所述伤痕的大小、和在所述第二测量步骤中测量出的所述表面处理膜的膨胀大小,计算所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度;以及
补正步骤,在该补正步骤中,根据所述伤痕的大小、和预先通过试验求出的伤痕的大小与所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度之间的相关关系,对在所述计算步骤中计算出的所述包覆金属材料的腐蚀的进行程度进行补正。
12.根据权利要求9所述的包覆金属材料的耐腐蚀性试验方法,其特征在于:
所述表面处理膜为树脂涂膜。
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