JP2006258506A - 実環境シミュレート大気腐食試験装置とその装置を用いる実環境シミュレート大気腐食試験法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 実環境で、直径数μｍから数十μｍの飛来海塩粒子が付着し、結露により凝縮して腐食が加速する機構を再現可能にするとともに湿度を任意に調整可能とすることにより実環境に近い大気腐食試験をシミュレートできる装置と方法を提供する。
【解決手段】 エアーバブル発生装置を制御するプログラマブルコンセントと、エアーポンプにより海塩粒子を含む空気を試験片のある腐食槽に送る海水槽とからなる海塩粒子発生機構と、海塩粒子発生機構から送られた海塩粒子を含む空気から試験片の表面に海塩粒子を付着するとともに試験片の温度と湿度を制御するプログラマブル恒温・恒湿プレートとからなる腐食機構と、海塩分離機構とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 エアーバブル発生装置を制御するプログラマブルコンセントと、エアーポンプにより海塩粒子を含む空気を試験片のある腐食槽に送る海水槽とからなる海塩粒子発生機構と、海塩粒子発生機構から送られた海塩粒子を含む空気から試験片の表面に海塩粒子を付着するとともに試験片の温度と湿度を制御するプログラマブル恒温・恒湿プレートとからなる腐食機構と、海塩分離機構とを備える。
【選択図】 図１
Description
この出願の発明は金属材料の破壊の主要な原因とされている大気腐食に関するものである。さらに詳しくは、構造用金属材料の応力腐食割れ（ＳＣＣ）試験を実環境に近い状態で再現することができる実環境シミュレート大気腐食試験装置とその装置を用いる実環境シミュレート大気腐食試験法に関する。
金属の材料破壊は一般に材料の表面や内部に小さな割れが発生し、そこに何らかの力が集中して亀裂が大きくなることにより発生するがこのような材料破壊の多くは材料の腐食または疲労による亀裂が主な原因であるとされている。
たとえば、構造材として汎用されているステンレス鋼も高温の水中で引張応力を付与しつづけると応力腐食割れを起こすことが知られており、そのため金属材料、特に構造材として用いる金属材料の応力腐食割れについては従来から大きな関心が払われてきている。とりわけ、海浜地域で金属材料を使用する場合は海から飛来する海塩粒子が金属材料の腐食に対して大きな影響を与えることから金属材料と海塩粒子による腐食に関する研究が数多くなされている。
最近では海塩粒子と銀の反応により液膜の動きが防止されることを利用して、湿度の増加に伴う水晶マイクロバランス法による周波数の増加から飛来海塩粒子量を推定する飛来海塩測定装置などが特許出願されている（特許文献１〜３）。
また、構造用金属材料の応力腐食割れ（ＳＣＣ）試験において、数十μｍの微小な飛来海塩粒子を発生させることにより実環境に近い状態で試験片の表面に付着することができる飛来海塩測定装置については、この出願の発明者等も実環境シミュレート大気腐食試験装置として特許出願している（特許文献４）。
特開平１１−３２６０１９号公報
特開平１１−３２６０２０号公報
特開２００４−３０９２４８号公報
特開２００４−１３２７５２号公報
しかしながら、これまで知られている実環境シミュレート大気腐食試験装置は実環境と同じ程度の数十μｍの微小な飛来海塩粒子を発生させて試験片の表面に付着させることは可能であるが、海水槽をエアーポンプの加圧空気でバブルさせて海塩粒子を加圧空気とともに搬送しているため腐食漕内での湿度を任意に調整することができなかった。そこで、この出願の発明は腐食漕内に水槽を設けて湿度を調整することを可能にするものであり、さらに実環境に近い状態で腐食が加速する機構を再現できる実環境シミュレート大気腐食試験装置と実環境シミュレート大気腐食試験法を提供することを課題としている。
この出願の発明は上記の課題を解決するためのものであって、第１には、エアーポンプからの空気の供給によって海水槽にてエアーバルブを発生させるエアーバブル発生機構の制御を行うプログラマブルコンセントと、海水槽にてエアーバブルにより海塩粒子を生成させ、海塩粒子を含む空気を腐食槽に送る海塩粒子発生機構と、海塩粒子発生機構から送
られた海塩粒子を含む空気を導入するとともに試験片と水槽が設けらた腐食槽と、腐食機構から排出される空気から海塩粒子を分離して排気する排気槽を備え、腐食槽内の試験片の温度と湿度を制御するプログラマブル恒温・恒湿プレートを有していることを特徴とする実環境シミュレート大気腐食試験装置を提供する。
られた海塩粒子を含む空気を導入するとともに試験片と水槽が設けらた腐食槽と、腐食機構から排出される空気から海塩粒子を分離して排気する排気槽を備え、腐食槽内の試験片の温度と湿度を制御するプログラマブル恒温・恒湿プレートを有していることを特徴とする実環境シミュレート大気腐食試験装置を提供する。
第２には、プログラマブル恒温・恒湿プレートが水槽を加熱する手段と試験片を加熱する手段が独立して設けられている上記の実環境シミュレート大気腐食試験装置を提供する。
第３には、プログラマブル恒温・恒湿プレートにより試験片の温度を海塩粒子を含む空気の送風温度より低くするとともに湿度を高くして試験片の表面に海塩粒子を結露した後、乾燥させる実環境シミュレート大気腐食試験方法を提供する。
第４には、プログラマブル恒温・恒湿プレートによる試験片の温度と湿度の調整および海塩粒子を含む送風空気の温度と湿度を選択して組み合わせた後で付着海塩粒子の結露と乾燥を繰り返す実環境シミュレート大気腐食試験法を提供する。
第５には、試験片の表面に３０〜４０℃で海塩粒子を付着後１０〜１５℃で結露した後、試験片の温度を５０〜７０℃に上昇して湿度を２５〜３５％程度に保持する操作を繰り返す実環境シミュレート大気腐食試験法を提供する。
この出願の第１の実環境シミュレート大気腐食試験装置の発明によれば、構造用金属材料の大気腐食試験を実験室内においても実環境に近い状態で簡単にシミュレートすることができる。
第２の実環境シミュレート大気腐食試験装置の発明によれば、腐食室内の温度と湿度を独立して設けて制御することにより試験片表面の湿度を任意に調整することができる。
第３の実環境シミュレート大気腐食試験方法の発明によれば、プログラマブル恒温・恒湿プレートによる試験片の温度を海塩粒子を含んだ空気の温度より低くするとともに湿度を高くすることにより試験片に海塩粒子を効率的に結露させて実環境に近い状態で大気腐食試験法をシミュレート提供できる。
第４の実環境シミュレート大気腐食試験方法の発明によれば、試験片の温度と湿度および海塩粒子を含む送風空気の温度と湿度を調整した後、試験片の表面に海塩粒子の結露、乾燥を繰り返すことにより実環境に近い状態で大気腐食試験法を連続してシミュレートできる。
第５の実環境シミュレート大気腐食試験方法の発明によれば、試験片の温度を特定の温度範囲に保持することにより実環境に近い状態で大気腐食試験をシミュレートすることができる。
この出願の発明を図１〜図４にしたがって具体的に説明すると、この出願の発明の実環境シミュレート大気腐食試験装置はエアーバブル発生装置の定期的な制御を行うプログラマブルコンセント（１）と、エアーポンプ（２）により海水に空気を吹き込んで海水槽（３）から細かい泡をバブルすることにより生成される海塩粒子を含む空気を試験片（６）のある腐食槽（７）に送ることができる海塩粒子発生機構と、海塩粒子発生機構から送られた海塩粒子を含む空気を内部に受け入れ、内部の試験片（６）表面に海塩粒子を捕獲可
能とした腐食槽（７）と、腐食槽（７）内で試験片（６）と水槽（５）と、腐食槽（７）内の温度と湿度を制御することができるプログラマブル恒温・恒湿プレート（４）とからなる機構と、腐食槽（７）から排出された海塩粒子を含む空気から海塩粒子を分離して排気する排気槽（８）を含む海塩分離機構を備えている。図２はエアーポンプ（２）により海水に空気を吹き込んで海水槽（３）から細かい泡をバブルさせて海塩粒子の生成する機構を示している。この出願の発明の実環境シミュレート大気腐食試験装置は上記のような構造を有しているが、この実環境シミュレート大気腐食試験装置における温度と湿度の調整については、水槽（５）を加熱するヒーターと試験片（６）を加熱するヒーターが独立して設けられたプログラマブル恒温・恒湿プレート（４）を制御することにより達成される。また、生成される飛来海塩粒子の大きさは、海水槽（３）内に収容される海水の濃度で調製することができる。
能とした腐食槽（７）と、腐食槽（７）内で試験片（６）と水槽（５）と、腐食槽（７）内の温度と湿度を制御することができるプログラマブル恒温・恒湿プレート（４）とからなる機構と、腐食槽（７）から排出された海塩粒子を含む空気から海塩粒子を分離して排気する排気槽（８）を含む海塩分離機構を備えている。図２はエアーポンプ（２）により海水に空気を吹き込んで海水槽（３）から細かい泡をバブルさせて海塩粒子の生成する機構を示している。この出願の発明の実環境シミュレート大気腐食試験装置は上記のような構造を有しているが、この実環境シミュレート大気腐食試験装置における温度と湿度の調整については、水槽（５）を加熱するヒーターと試験片（６）を加熱するヒーターが独立して設けられたプログラマブル恒温・恒湿プレート（４）を制御することにより達成される。また、生成される飛来海塩粒子の大きさは、海水槽（３）内に収容される海水の濃度で調製することができる。
この場合試験を行う前に塩濃度の異なる種々の人工海水を予め作っておき、再現したい模擬試験環境に応じて選択して使用することにより任意の環境条件を再現することができる。
以下この出願の発明について、実施例によりさらに詳しく説明する。
＜実施例１＞ 腐食槽の温度を３０℃に保ながら試験片としてＳＵＳ３０４鋼のＵ-ｂ
ｅｎｄを用いて海塩粒子付着速度２ｍｄｄで１１時間温度保持する。１時間かけて１５℃に降下して結露をさせつつ海塩粒子を付着させる。その後、送風を止め１時間７０℃で保持した。この時の湿度は２８％であった。
ｅｎｄを用いて海塩粒子付着速度２ｍｄｄで１１時間温度保持する。１時間かけて１５℃に降下して結露をさせつつ海塩粒子を付着させる。その後、送風を止め１時間７０℃で保持した。この時の湿度は２８％であった。
これを１サイクルとして１週間連続実験を行なった。図３の写真は試験後の試験片の表面写真である。また、図４の写真は試験片の表面を研磨してさびを落とした時の表面の光学顕微鏡写真である。応力腐食割れ試験による亀裂が発生しているのが確認できた。
＜実施例２＞ 腐食槽の温度を３０℃に保ながら試験片としてＳＵＳ３０４鋼のＵ-ｂ
ｅｎｄを用いて海塩粒子付着速度２ｍｄｄで１１時間温度保持する。１時間かけて１５℃に降下して結露をさせつつ海塩粒子を付着させる。その後、送風を止め１時間６０℃で保持した。この時の湿度は３２％であった。
ｅｎｄを用いて海塩粒子付着速度２ｍｄｄで１１時間温度保持する。１時間かけて１５℃に降下して結露をさせつつ海塩粒子を付着させる。その後、送風を止め１時間６０℃で保持した。この時の湿度は３２％であった。
これを１サイクルとして１週間連続実験を行ない試験片の表面に応力腐食割れ試験による亀裂が発生しているのが確認できた。
＜実施例３＞ 腐食槽の温度を３０℃に保ながら試験片としてＳＵＳ３０４鋼のＵ-ｂ
ｅｎｄを用いて海塩粒子付着速度２ｍｄｄで１１時間温度保持する。１時間かけて１５℃に降下して結露をさせつつ海塩粒子を付着させる。その後、送風を止め１時間５０℃で保持した。この時の湿度は３５％であった。
ｅｎｄを用いて海塩粒子付着速度２ｍｄｄで１１時間温度保持する。１時間かけて１５℃に降下して結露をさせつつ海塩粒子を付着させる。その後、送風を止め１時間５０℃で保持した。この時の湿度は３５％であった。
これを１サイクルとして１週間連続実験を行ない試験片の表面に応力腐食割れ（ＳＣＣ）試験による亀裂が発生しているのが確認できた。
なお、上記の実施例１〜３の結果から保温温度を５０〜７０℃にして湿度を２５〜３５％程度に保持する場合には応力腐食割れ試験に好適な温度範囲であることが確認できた。
１ プログラマブルコンセント
２ エアーポンプ
３ 海水槽
４ プログラマブル恒温・恒湿プレート
５ 水槽
６ 試験片
７ 腐食槽
８ 排気槽
９ 連通管
Ａ 海水
Ｂ 導入管
Ｃ 排気管
Ｄ 空隙層
２ エアーポンプ
３ 海水槽
４ プログラマブル恒温・恒湿プレート
５ 水槽
６ 試験片
７ 腐食槽
８ 排気槽
９ 連通管
Ａ 海水
Ｂ 導入管
Ｃ 排気管
Ｄ 空隙層
Claims (5)
- エアーポンプからの空気の供給によって海水槽にてエアーバルブを発生させるエアーバブル発生機構の制御を行うプログラマブルコンセントと、エアーバブルにより海水槽にて海塩粒子を生成させ、海塩粒子を含む空気を腐食槽に送る海塩粒子発生機構と、海塩粒子発生機構から送られる海塩粒子を含む空気を導入するとともに内部に試験片と水槽が設けられている腐食槽と、腐食槽から排出される海塩粒子を含む空気から海塩粒子を分離して排気する排気槽を備え、腐食槽内の試験片の温度と湿度を制御するプログラマブル恒温・恒湿プレートを有していることを特徴とする実環境シミュレート大気腐食試験装置。
- プログラマブル恒温・恒湿プレートにおいて、水槽を加熱する手段と試験片を加熱する手段が独立して設けられていることを特徴とする請求項１に記載された実環境シミュレート大気腐食試験装置。
- プログラマブル恒温・恒湿プレートにより試験片の温度を海塩粒子を含む空気の送風温度より低くするとともに湿度を高くすることにより試験片の表面に海塩粒子を付着および結露させることを特徴とする請求項１または２に記載された実環境シミュレート大気腐食試験装置を用いる大気腐食試験法。
- 試験片の表面に海塩粒子を付着させた後、結露と乾燥を繰り返すことを特徴とする請求項３に記載された実環境シミュレート大気腐食試験法。
- 試験片の表面温度を３０〜４０℃にして海塩粒子を付着させた後、試験片の温度を１０〜１５℃に降下して結露し、さらに湿度を２５〜３５％程度に保持しながら試験片の温度を５０〜７０℃に上昇する操作を繰り返すことを特徴とする請求項３ないし４のいずれかの実環境シミュレート大気腐食試験法。
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