JP2016061652A - 自動車車体を構成する鋼材への侵入水素量のモニタリング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)自動車車体を構成する鋼材の腐食に伴って発生し、前記鋼材内部に侵入する水素の量を電気化学的水素透過法を用いてモニタリングする方法であって、前記自動車車体の測定位置に測定用センサーを設置し、前記測定位置を、自動車の床下部で、前輪よりも10cm以上後方、かつ後輪より前とし、前記測定用センサーを、1枚の鋼板と複数の電気化学セルを備えるものとし、前記鋼板の一方の面を外部の腐食環境に暴露して、腐食反応により発生する水素が侵入する水素侵入面とし、前記鋼板の他方の面を水素検出面として、該水素検出面に前記複数の電気化学セルを設置し、前記複数の電気化学セルのそれぞれの内部に独立して対極、参照電極、およびpH9〜13の電解質水溶液を設け、前記複数の電気化学セルのうち少なくとも一つのセルを、残余電流を測定するための基準セルとし、前記鋼板の水素侵入面側の表面のうち、基準セルが設けられた水素検出面側の位置に対応する箇所に、前記箇所と腐食環境との接触を遮断し、水素の侵入を阻止する保護膜を設け、前記水素検出面の電位を−0.1〜+0.3V vs SCEに保持した状態で、前記複数の電気化学セルにおける前記対極に流れる電流を測定し、前記基準セル以外のセルで測定される電流値から、前記基準セルで測定される電流値を残余電流として差し引いた値に基づいて水素侵入面側からの侵入水素量を算出することを特徴とする自動車車体を構成する鋼材への侵入水素量のモニタリング方法。
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明において、測定用センサーを構成する鋼板の水素検出面側を不働態の状態に保持するためには、各電気化学セル内に保持される電解質水溶液のpHを9〜13とすることが必要である。pHが9未満では所定の電位において鋼板の表面の不働態を保持することが困難であり、一方、pHが13を超えると、不慮の事故により漏洩した場合に、環境へのダメージが大きいからである。
本発明は、実際の使用に際し、時々刻々と変化する腐食環境において自動車車体を構成する金属材料へ侵入する水素の量を、正確、かつ再現性のある方法で測定できるモニタリングすることを目的としている。使用環境における侵入水素量を正確に把握することができれば、実際の使用環境における鋼材の遅れ破壊発生のリスクを定量的に評価することが可能となる。
自動車車体を構成する鋼材に侵入する水素は、鋼材の腐食によって発生する。そして、鋼材の腐食は主に水分の存在下で発生する。したがって、水分が多く存在する箇所ほど腐食が起こりやすい。その結果、侵入水素の量も多くなる傾向がある。
さらに、測定用センサーの適正な設置角度を検討するために、前述と同様の方法でACM型腐食センサーを用いて、センサーの設置角度と被水状況との関係についても調査した。センサーの設置位置は、車両の床面中央、路面からの高さを20cmとした。
60°以上、90°以下である。
同様に、測定用センサーの左右方向の取り付け位置によっても、被水量は変動する。車体に付着する水分は、主に車輪の回転によって路面から巻き上げられるものであることを考慮すると、車輪の真後ろ付近で被水量が多く、左右方向に離れるにしたがって被水量が減少すると考えられる。よって、図8に示すように、本発明においては前記自動車の少なくとも一つの前輪の中心と前記測定位置とを結ぶ線分を地面に平行な面に投影した線分と、前輪の回転軸に垂直な面とがなす角が0°以上、45°以下となるように測定用センサーを設置することが好ましい。より好ましくは、0°以上、25°以下である。
本発明における測定用センサーの設置位置は、前述のように自動車の床下部とする。特に、路面からの高さを15cm以上、100cm以下とすることが好ましい。100cmより高い位置に設置した場合、検出される水素量が少なくなる場合が認められた。これは、車輪により巻き上げられる路面水の被水量が減少したためと考えられる。一方、15cm未満の場合、計測上の問題は無いが、路面の凹凸によって、セルが破損する可能性があるため、好ましくない。
本発明の測定用センサーは、水素侵入量の多い位置、すなわち被水量の多い位置に設置することが重要である。そして、その位置は、上述したように、車輪からの距離等によって特定することができる。しかし、実際の走行時における路面からの水分の巻き上げられ方は、走行速度の影響を受ける。そこで、走行速度を考慮した、好適な取り付け位置を以下のようにして求めた。
その結果、測定対象とする自動車の平均走行速度をv(km/h)、測定位置の高さをH(m)、水平面内における前記測定位置の前輪からの前後方向の距離をL(m)としたとき、v、H、Lの各値が、次の式(1)の関係を満たすように測定用センサーを取り付けることが好ましいことが分かった。
・ 鋼板の加工
測定用センサーにおいて水素侵入量を測定するための鋼板としては、商用の軟鋼(厚さ:0.8mm)を用いた。前記鋼板を50×50mmにせん断加工した後、水素検出面となる面を#2000まで研磨した。次いで、研磨時に形成される加工層を除去するために研磨面を弗酸と過酸化水素水を混合した水溶液により約50μm化学研磨を行った後、水素検出面側にワット浴を用いて膜厚約100nmのNiめっきを行った。
以上の加工を行った鋼板に、2つの電気化学セルを取り付けて測定用センサーを作成した。前記電気化学セルの一方を基準セルとし、その水素侵入面に保護膜を形成した。前記保護膜は、鋼板上にエポキシ樹脂を塗布後、ステンレス箔を貼り付け、さらにその上にエポキシ樹脂を塗布することにより形成した。セル内には0.1Mの水酸化ナトリウム水溶液(pH13)を満たし、参照電極としてIr/Ir酸化物電極、対極としてPt線を、それぞれ設置した。
35(km/h)と仮定した。
保護膜の無い通常の電気化学セルにおいて測定された電流値と、保護膜のある基準セルで測定された電流値との差を、時間で積分して得た値を測定期間中における合計水素侵入量とした。測定用センサーの設置条件と測定結果を表1に示す。水素侵入量の測定値は、条件の異なる17の測定用センサーのうち水素侵入量が最大であったもの(表1中No.1)の値に対する比(水素侵入量の比)として記載した。
◎:0.9以上(好適)
○:0.8以上、0.9未満(好適)
△:0.5以上、0.8未満(不適)
×:0.5未満(不適)
2 試料
3a、3b 参照電極
4a、4b 電極
4b 対電極
5a、5b 焼結ガラスフリット
6 鋼板
7a〜7d 電気化学セル
7a 基準セル
8 対極
9 参照電極
10 保護膜
Claims (4)
- 自動車車体を構成する鋼材の腐食に伴って発生し、前記鋼材内部に侵入する水素の量を電気化学的水素透過法を用いてモニタリングする方法であって、
前記自動車車体の測定位置に測定用センサーを設置し、
前記測定位置を、自動車の床下部で、前輪よりも10cm以上後方、かつ後輪より前とし、
前記測定用センサーを、1枚の鋼板と複数の電気化学セルを備えるものとし、
前記鋼板の一方の面を外部の腐食環境に暴露して、腐食反応により発生する水素が侵入する水素侵入面とし、
前記鋼板の他方の面を水素検出面として、該水素検出面に前記複数の電気化学セルを設置し、
前記複数の電気化学セルのそれぞれの内部に独立して対極、参照電極、およびpH9〜13の電解質水溶液を設け、
前記複数の電気化学セルのうち少なくとも一つのセルを、残余電流を測定するための基準セルとし、
前記鋼板の水素侵入面側の表面のうち、基準セルが設けられた水素検出面側の位置に対応する箇所に、前記箇所と腐食環境との接触を遮断し、水素の侵入を阻止する保護膜を設け、
前記水素検出面の電位を−0.1〜+0.3V vs SCEに保持した状態で、前記複数の電気化学セルにおける前記対極に流れる電流を測定し、
前記基準セル以外のセルで測定される電流値から、前記基準セルで測定される電流値を残余電流として差し引いた値に基づいて水素侵入面側からの侵入水素量を算出することを特徴とする自動車車体を構成する鋼材への侵入水素量のモニタリング方法。 - 前記鋼板の水素侵入面が車体の前方向を向いている状態を0°、真下を向いている状態を90°としたときの、前記測定用センサーの設置角度が0〜90°であることを特徴とする請求項1に記載の自動車車体を構成する鋼材への侵入水素量のモニタリング方法。
- 前記自動車の少なくとも一つの前輪の中心と前記測定位置とを結ぶ線分を地面に平行な面に投影した線分と、前輪の中心と該前輪と車体の同じ側にある後輪の中心とを結ぶ線分を地面に平行な面に投影した線分とがなす角が0°以上、45°以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の自動車車体を構成する鋼材への侵入水素量のモニタリング方法。
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