JP2004340775A - 金属材料の大気腐食シミュレーション法 - Google Patents
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Abstract
【課題】屋外環境における金属材料の腐食現象を実験室内で再現する。
【解決手段】実際の屋外環境と同等の温度及び相対湿度の変化を実現する恒温恒湿室内に金属試験片を配置し、温度及び相対湿度から計算される露点温度に基づき、温度制御装置により金属試験片の温度を制御して金属試験片表面に結露を生じさせる。
【選択図】 図４
【解決手段】実際の屋外環境と同等の温度及び相対湿度の変化を実現する恒温恒湿室内に金属試験片を配置し、温度及び相対湿度から計算される露点温度に基づき、温度制御装置により金属試験片の温度を制御して金属試験片表面に結露を生じさせる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、金属材料の大気腐食シミュレーション法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、屋外環境における金属材料の腐食現象を実験室内で再現することのできる金属材料の大気腐食シミュレーション法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の耐食試験は、ＪＩＳ−Ｚ２３８１に規定された切り板試験片を用いた大気暴露試験が一般的である。この試験は、通常、暴露試験場で行われるため、どこでもできる試験ではない。
【０００３】
そこで、屋内で行うことのできる金属材料の腐食試験として腐食促進試験が知られている。たとえば、ＩＳＯ−９２２７においてＣＡＳＳ試験法は塩水噴霧試験を規定しており、また、ＪＩＳ−Ｚ２３７１に規定された塩水噴霧試験も金属材料の腐食促進試験法として実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の腐食促進試験においては、塩水を霧状やシャワー状にして試験片に噴霧し、試験片は、腐食の進みやすい環境に置かれる。したがって、試験片は、常に濡れた状態にあり、腐食環境条件は実際の屋外環境と一致していない。このため、従来の腐食促進試験では、実際の環境下での腐食状況と異なる現象になることが多い（たとえば、非特許文献１参照）。このことから、実際の腐食現象を実験室内で再現することのできる試験法が望まれていた。
【０００５】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、屋外環境における金属材料の腐食現象を実験室内で再現することのできる金属材料の大気腐食シミュレーション法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【非特許文献１】
財団法人 日本ウェザリングテストセンター，新発電システムの標準化に関する調査研究（新発電関連要素機器の長期耐久性及び寿命予測の標準化）成果報告書，平成８年度通商産業省工業技術院委託，平成９年３月
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、実際の屋外環境と同等の温度及び相対湿度の変化を実現する恒温恒湿室内に金属試験片を配置し、温度及び相対湿度から計算される露点温度に基づき、温度制御装置により金属試験片の温度を制御して金属試験片表面に結露を生じさせることを特徴とする金属材料の大気腐食シミュレーション法（請求項１）を提供する。
【０００８】
またこの出願の発明は、金属試験片の温度を露点温度に対して５℃未満に制御すること（請求項２）を一態様として提供する。
【０００９】
以下、実施例を示し、この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法についてさらに詳しく説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、実際の環境での１日の気温及び相対湿度と、その環境下での金属材料としての鋼材の温度変化を示したグラフである。同図中には気温及び相対湿度から熱力学的に計算される露点温度も合わせて示した。露点温度の計算は、たとえばＪＩＳ Ｚ８８０６に示されている式に基づいて行うことができる。
【００１１】
すなわち、
［１］気温Ａ（℃）を絶対温度Ｔ（Ｋ）に直す。
［２］次式を用いて絶対温度Ｔから飽和水蒸気圧ｅｗを求める。
【００１２】
［３］水蒸気圧ｅを相対湿度Ｕを用いて次式により計算する。
【００１３】
ｅ＝Ｕ＊ｅｗ／１００
［４］求めた水蒸気圧ｅが飽和水蒸気圧になるときの温度が露点温度となるので、次式により露点温度Ｘを決定する。
【００１４】
図１より、０時から６時の間に鋼材温度が露点温度を下回っており、この時間帯に鋼材の表面には結露が生じていると推測される。
【００１５】
この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法は、以上の事実を踏まえ、金属材料の濡れとして塩水ではなく結露を模擬して実験室内において金属材料の大気腐食をシミュレーションする。
【００１６】
すなわち、この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法では、図２に示したように、実際の屋外環境と同等の温度及び相対湿度の変化を実現する恒温恒湿室（１）内に金属試験片（２）を配置し、温度及び相対湿度から計算される露点温度に基づき、温度制御装置（３）により金属試験片（２）の温度を制御して金属試験片（２）の表面に結露を生じさせる。図２図中の符号４は、恒温恒湿室（１）内の温度及び相対湿度制御用計算機であり、実際の環境の気温及び相対湿度がプログラムされ、恒温恒湿室（１）内の温度及び相対湿度を実際の環境と同等に設定する。また、温度及び相対湿度制御用計算機（４）は、恒温恒湿室（１）内の温度及び相対湿度から露点温度を計算する。図２図中の符号５は、金属試験片温度制御用計算機である。この金属試験片温度制御用計算機（５）は、温度及び相対湿度制御用計算機（４）で計算された露点温度に基づいて金属試験片（２）の温度を計算する。
【００１７】
上記図２に示したシステムを用いて鋼材表面に生じさせた結露と実際の環境で生じる結露とを比較すると、表１に示される結果が得られる。結露の比較は、結露時に鋼材表面に形成される水膜の溶液抵抗を測定して行った。測定は、図３に示した二電極式のセルを用いて交流インピーダンス法により行った。溶液抵抗とは、図２に示した二電極間の溶液の抵抗であり、交流インピーダンス法により周波数１０ｋＨｚ付近でのインピーダンスから求められる値である。
【００１８】
【表１】
【００１９】
実際の環境において、結露時には乾燥している時より溶液抵抗の値が小さくなる。一方、十分多量の溶液中での溶液抵抗よりは大きな値となる。このことから、結露時には非常に薄い水膜が形成されると考えられる。図２に示したシステムにより鋼材表面に結露を生じさせた場合、溶液抵抗はほぼ同じであり、実際の環境における結露が実験室内で再現されることが確認される。ただし、鋼材の温度を露点温度より５℃以上低くすると、溶液抵抗は溶液中での値に近くなり、鋼材表面が多量の水で濡れた時と同じ状態となりやすく、実際の環境で生じる結露による濡れとは異なることが確認される。
【００２０】
【実施例】
炭素鋼について屋外環境で腐食試験したものと、この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法により得られたものと比較した。その結果を図４に示した。シミュレーションにおける１日の気温及び相対湿度変化は、図１に示したとおりとした。
【００２１】
図４から確認されるように、１日後、１０日後の腐食外観はほぼ同様であり、画像処理により１０日後の腐食面積を計算した結果、腐食面積はほぼ同じ値を示した。このことから、この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法は、金属材料の腐食試験として適当であると評価される。
【００２２】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、屋外環境における金属材料の腐食現象を実験室内で再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実際の環境での１日の気温及び相対湿度と、その環境下での金属材料としての鋼材の温度変化ならびに気温及び相対湿度から熱力学的に計算される露点温度を示したグラフである。
【図２】この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法を実施するシステムの構成例を示した図である。
【図３】溶液抵抗を測定する二電極式のセルの模式図である。
【図４】実施例の結果を示した顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１ 恒温恒湿室
２ 金属材料
３ 温度制御装置
４ 温度及び相対湿度制御用計算機
５ 金属試験片温度制御用計算機
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、金属材料の大気腐食シミュレーション法に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、屋外環境における金属材料の腐食現象を実験室内で再現することのできる金属材料の大気腐食シミュレーション法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の耐食試験は、ＪＩＳ−Ｚ２３８１に規定された切り板試験片を用いた大気暴露試験が一般的である。この試験は、通常、暴露試験場で行われるため、どこでもできる試験ではない。
【０００３】
そこで、屋内で行うことのできる金属材料の腐食試験として腐食促進試験が知られている。たとえば、ＩＳＯ−９２２７においてＣＡＳＳ試験法は塩水噴霧試験を規定しており、また、ＪＩＳ−Ｚ２３７１に規定された塩水噴霧試験も金属材料の腐食促進試験法として実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の腐食促進試験においては、塩水を霧状やシャワー状にして試験片に噴霧し、試験片は、腐食の進みやすい環境に置かれる。したがって、試験片は、常に濡れた状態にあり、腐食環境条件は実際の屋外環境と一致していない。このため、従来の腐食促進試験では、実際の環境下での腐食状況と異なる現象になることが多い（たとえば、非特許文献１参照）。このことから、実際の腐食現象を実験室内で再現することのできる試験法が望まれていた。
【０００５】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、屋外環境における金属材料の腐食現象を実験室内で再現することのできる金属材料の大気腐食シミュレーション法を提供することを解決すべき課題としている。
【０００６】
【非特許文献１】
財団法人 日本ウェザリングテストセンター，新発電システムの標準化に関する調査研究（新発電関連要素機器の長期耐久性及び寿命予測の標準化）成果報告書，平成８年度通商産業省工業技術院委託，平成９年３月
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、実際の屋外環境と同等の温度及び相対湿度の変化を実現する恒温恒湿室内に金属試験片を配置し、温度及び相対湿度から計算される露点温度に基づき、温度制御装置により金属試験片の温度を制御して金属試験片表面に結露を生じさせることを特徴とする金属材料の大気腐食シミュレーション法（請求項１）を提供する。
【０００８】
またこの出願の発明は、金属試験片の温度を露点温度に対して５℃未満に制御すること（請求項２）を一態様として提供する。
【０００９】
以下、実施例を示し、この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法についてさらに詳しく説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、実際の環境での１日の気温及び相対湿度と、その環境下での金属材料としての鋼材の温度変化を示したグラフである。同図中には気温及び相対湿度から熱力学的に計算される露点温度も合わせて示した。露点温度の計算は、たとえばＪＩＳ Ｚ８８０６に示されている式に基づいて行うことができる。
【００１１】
すなわち、
［１］気温Ａ（℃）を絶対温度Ｔ（Ｋ）に直す。
［２］次式を用いて絶対温度Ｔから飽和水蒸気圧ｅｗを求める。
【００１２】
【００１３】
ｅ＝Ｕ＊ｅｗ／１００
［４］求めた水蒸気圧ｅが飽和水蒸気圧になるときの温度が露点温度となるので、次式により露点温度Ｘを決定する。
【００１４】
【００１５】
この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法は、以上の事実を踏まえ、金属材料の濡れとして塩水ではなく結露を模擬して実験室内において金属材料の大気腐食をシミュレーションする。
【００１６】
すなわち、この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法では、図２に示したように、実際の屋外環境と同等の温度及び相対湿度の変化を実現する恒温恒湿室（１）内に金属試験片（２）を配置し、温度及び相対湿度から計算される露点温度に基づき、温度制御装置（３）により金属試験片（２）の温度を制御して金属試験片（２）の表面に結露を生じさせる。図２図中の符号４は、恒温恒湿室（１）内の温度及び相対湿度制御用計算機であり、実際の環境の気温及び相対湿度がプログラムされ、恒温恒湿室（１）内の温度及び相対湿度を実際の環境と同等に設定する。また、温度及び相対湿度制御用計算機（４）は、恒温恒湿室（１）内の温度及び相対湿度から露点温度を計算する。図２図中の符号５は、金属試験片温度制御用計算機である。この金属試験片温度制御用計算機（５）は、温度及び相対湿度制御用計算機（４）で計算された露点温度に基づいて金属試験片（２）の温度を計算する。
【００１７】
上記図２に示したシステムを用いて鋼材表面に生じさせた結露と実際の環境で生じる結露とを比較すると、表１に示される結果が得られる。結露の比較は、結露時に鋼材表面に形成される水膜の溶液抵抗を測定して行った。測定は、図３に示した二電極式のセルを用いて交流インピーダンス法により行った。溶液抵抗とは、図２に示した二電極間の溶液の抵抗であり、交流インピーダンス法により周波数１０ｋＨｚ付近でのインピーダンスから求められる値である。
【００１８】
【表１】
実際の環境において、結露時には乾燥している時より溶液抵抗の値が小さくなる。一方、十分多量の溶液中での溶液抵抗よりは大きな値となる。このことから、結露時には非常に薄い水膜が形成されると考えられる。図２に示したシステムにより鋼材表面に結露を生じさせた場合、溶液抵抗はほぼ同じであり、実際の環境における結露が実験室内で再現されることが確認される。ただし、鋼材の温度を露点温度より５℃以上低くすると、溶液抵抗は溶液中での値に近くなり、鋼材表面が多量の水で濡れた時と同じ状態となりやすく、実際の環境で生じる結露による濡れとは異なることが確認される。
【００２０】
【実施例】
炭素鋼について屋外環境で腐食試験したものと、この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法により得られたものと比較した。その結果を図４に示した。シミュレーションにおける１日の気温及び相対湿度変化は、図１に示したとおりとした。
【００２１】
図４から確認されるように、１日後、１０日後の腐食外観はほぼ同様であり、画像処理により１０日後の腐食面積を計算した結果、腐食面積はほぼ同じ値を示した。このことから、この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法は、金属材料の腐食試験として適当であると評価される。
【００２２】
もちろん、この出願の発明は、以上の実施形態及び実施例によって限定されるものではない。細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、屋外環境における金属材料の腐食現象を実験室内で再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実際の環境での１日の気温及び相対湿度と、その環境下での金属材料としての鋼材の温度変化ならびに気温及び相対湿度から熱力学的に計算される露点温度を示したグラフである。
【図２】この出願の発明の金属材料の大気腐食シミュレーション法を実施するシステムの構成例を示した図である。
【図３】溶液抵抗を測定する二電極式のセルの模式図である。
【図４】実施例の結果を示した顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１ 恒温恒湿室
２ 金属材料
３ 温度制御装置
４ 温度及び相対湿度制御用計算機
５ 金属試験片温度制御用計算機
Claims (2)
- 実際の屋外環境と同等の温度及び相対湿度の変化を実現する恒温恒湿室内に金属試験片を配置し、温度及び相対湿度から計算される露点温度に基づき、温度制御装置により金属試験片の温度を制御して金属試験片表面に結露を生じさせることを特徴とする金属材料の大気腐食シミュレーション法。
- 金属試験片の温度を露点温度に対して５℃未満に制御する請求項１記載の金属材料の大気腐食シミュレーション法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003138393A JP2004340775A (ja) | 2003-05-16 | 2003-05-16 | 金属材料の大気腐食シミュレーション法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003138393A JP2004340775A (ja) | 2003-05-16 | 2003-05-16 | 金属材料の大気腐食シミュレーション法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004340775A true JP2004340775A (ja) | 2004-12-02 |
Family
ID=33527773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003138393A Withdrawn JP2004340775A (ja) | 2003-05-16 | 2003-05-16 | 金属材料の大気腐食シミュレーション法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004340775A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100487422C (zh) * | 2004-12-17 | 2009-05-13 | 中国科学院金属研究所 | 一种大气腐蚀加速试验方法及专用试验装置 |
| JP2009294176A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Espec Corp | 環境試験装置における試料表面への水膜形成方法及び環境試験装置 |
| WO2010010774A1 (ja) * | 2008-07-22 | 2010-01-28 | エスペック株式会社 | 結露量の制御可能な環境試験装置およびその制御方法 |
-
2003
- 2003-05-16 JP JP2003138393A patent/JP2004340775A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100487422C (zh) * | 2004-12-17 | 2009-05-13 | 中国科学院金属研究所 | 一种大气腐蚀加速试验方法及专用试验装置 |
| JP2009294176A (ja) * | 2008-06-09 | 2009-12-17 | Espec Corp | 環境試験装置における試料表面への水膜形成方法及び環境試験装置 |
| WO2010010774A1 (ja) * | 2008-07-22 | 2010-01-28 | エスペック株式会社 | 結露量の制御可能な環境試験装置およびその制御方法 |
| JP4963740B2 (ja) * | 2008-07-22 | 2012-06-27 | エスペック株式会社 | 結露量の制御可能な環境試験装置およびその制御方法 |
| US8359906B2 (en) | 2008-07-22 | 2013-01-29 | Espec Corp. | Environment testing apparatus capable of controlling condensation amount, and control method therefor |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050914 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050927 |
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| A761 | Written withdrawal of application |
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