JP2690947B2 - 異種金属接触腐食モニタリング法及び耐食性試験装置 - Google Patents

異種金属接触腐食モニタリング法及び耐食性試験装置

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JP2690947B2 JP63163066A JP16306688A JP2690947B2 JP 2690947 B2 JP2690947 B2 JP 2690947B2 JP 63163066 A JP63163066 A JP 63163066A JP 16306688 A JP16306688 A JP 16306688A JP 2690947 B2 JP2690947 B2 JP 2690947B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、バイメタル缶におけるAl合金と鉄の接触の
ように異種金属同志の接触による腐食性を迅速に判定す
る耐食性測定方法とそれに用いる装置に関する。
(従来の技術) 食缶、飲用缶として近年、缶胴を鉄材、缶蓋をAl合金
材としたバイメタル缶が多用されている。このような缶
においてはいわゆる異種金属接触腐食を起こしやすいと
いう問題がある。異種金属接触腐食とは電位の卑な金属
と貴な金属とが水溶液中で接触する場合、卑な金属がア
ノード、貴な金属がカソードとなって電気化学的な回路
が形成され、アノードとなる方が腐食を受ける腐食のこ
とである。
例えばAl合金と鉄が接触した場合には電位の卑なAl合
金がアノードとなって腐食される。この缶胴が鉄材、缶
蓋がAl合金のバイメタル缶において、Al合金蓋の接触腐
食に対する耐食性はAl合金組成、缶内容物である水溶液
の塩素イオン(Cl-)濃度、溶存酸素量などに依存して
いる。
したがってバイメタル缶を食缶、飲用缶として使用す
る場合、これらの条件について耐食性の試験が必要とな
る。そこで従来耐食性を判定する方法として、実際の缶
を多数使用したパックテストが使用されてきた。また、
バイメタル缶に使用される金属を電極としてそれぞれの
照合電極に対する電位差を測定し、それから両金属間の
接触時の電位差を知り、接触腐食の起こりやすさを推定
する方法などがある。
(発明が解決しようとする課題) しかし、上記パックテストによる方法は、結果につい
ては信頼性はあるが、膨大な数の実缶と長い試験期間
(3〜12ヶ月)が必要であり、簡便に実施できる方法で
はない。また両金属の照合電極に対する電位差をそれぞ
れ測定する方法は個々に行う測定操作が面倒であり、ま
た、実際の両金属の接触腐食に対しては精度、信頼性の
点で良い方法とは言えなかった。
したがって本発明の目的は簡易で精度の高い耐食性測
定方法(モニタリング方法)を提供することにある。
また本発明の目的は耐食性に対する金属の合金組成、
種類、溶液のイオン濃度などの影響について簡便に測定
を行える試験装置を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明者は上記の目的を達成するため種々研究を重ね
た結果、試験したい溶液、アノードとなる金属(例えば
Al合金)および第1カソード極を電解槽にセットし、別
に第2カソードを用いてカソード面積を増減させること
により、変化するガルバニック電流(Ig)と試料電極電
位(Al合金電位)の変位からAl合金表面の分極抵抗(H
a)を観察したとき試料金属(アルミニウム合金)表面
が耐食域(不働態域)にある時には分極抵抗(Ha)が腐
食域(孔食域)の時の数十倍〜数千倍又はそれ以上の値
を示すこと、また孔食時には分極抵抗(Ha)がほとんど
0に急減することを見い出し、この知見に基づき本発明
をなすに至った。
すなわち本発明は、試験溶液中にアノードとなる試料
金属と該金属より貴な自然電位を有する金属からなる第
1カソードを浸漬し、この第1カソードと同時に浸漬し
た同材質の第2カソードとを電気的にON−OFFさせるこ
とによりカソード面積を増減させ、ガルバニック電流
(Ig)と試料金属電位(Em)の変位より試料金属表面の
アノード分極抵抗(Ha)を式 により求めることを特徴とする異種金属接触腐食モニタ
リング法を提供するものである。
さらに本発明は試験溶液を入れる電解槽にアノードと
なる試料金属と該金属より貴な自然電位を有する材料か
らなる第1カソードと、さらに第1カソードと同材質か
らなり、第1カソードとON−OFF自在のスイッチを介し
て接続した第2カソードとを設け、第2カソードのON−
OFFによるガルバニック電流(Ig)の変化を無抵抗電流
計で、また試料電位(Em)の変化を電圧計で測定し、ア
ノード分極抵抗(Ha)を求めるようにしたことを特徴と
する金属耐食性試験装置を提供するものである。
本発明において電解槽は通常、ガラス、ステンレス、
プラスチックなどにより構成されるがこれに制限される
ものではない。
本発明方法を適用するアノードとなる試料金属には特
に制限はないが、例えばAl合金、炭素鋼、ステンレス
鋼、銅合金などが挙げられる。第1カソードの材料はAl
合金缶蓋付きバイメタル缶のAl合金の耐食性を試験する
場合、スズメッキ鋼板又はティンフリースティール鋼板
を用いることになる。照合電極は、飽和カロメル電極、
塩化銀電極などを用いるのが好ましい。
本発明方法に用いられるカソードの大きさは第1カソ
ードと第2カソードの表面積比として1:0.2から1:1の間
が好ましく、1:0.5がより好ましい。またアノードと第
1カソードとの表面積比は製品にて使用されているアノ
ード側材料とカソード側材料の面積比を参考にして決め
るのが好ましい。
スイッチ開閉(ON−OFF)の間隔はあまり短いと測定
が不正確になり、あまり長すぎると測定時間が長くな
る。20〜120分ぐらいが好ましい。
なお、試料極(アノード)をセットしてから測定開始
するまでの時間、大気中で測定する場合にはセット直後
から測定可能であるが、脱気下又は雰囲気ガスを調整し
ている場合には試料極セット後〜3時間以内は測定が真
の値を示さないことがあるので、測定開始後3〜4時間
後のアノード分極抵抗Haで判定するのが好ましい。
本発明方法においては、上記のように試料金属からな
るアノードの分極抵抗(Ha)を測定するが試料金属が耐
食性の時は高い分極抵抗値を示すが、腐食が開始すると
急激に低下する。これにより試料金属表面が耐食域(不
働態域)にあるか腐食域(孔食域)にあるかを迅速に判
定できる。すなわち、試験したい環境中でHaを測定する
ことにより、試料極材料が耐食域にあるか腐食域にある
かを測定することによりその耐食性を簡便に知ることが
できる。
また本発明においては必要に応じて電解槽を恒温装置
に入れて試験溶液の温度を制御することができる。
さらに本発明においてはスイッチの開閉と、これに連
動して行うIg、Emの計測と、さらにHaの計算表示とを自
動計測システムを装備して行うようにしてもよい。この
場合自動計測システム自体はパソコンなどによるもので
公知のものを用いることができる。このようにすれば測
定の自動化が計れる。
なお、前述の如く、異種金属の接触腐食は介在する水
溶液の各種イオン濃度、水溶液中の溶存酸素量などにも
依存するが、本発明方法によれば、これらの条件を変え
ることにより、異種金属接触腐食試験を行い、これらの
影響を試験することができる。
(実施例) 次に本発明方法の実施に用いるのに好適な測定装置の
1例を図面に従って説明する。第1図は測定装置の断面
図であり、図中1は試験液2を入れる電解槽、3は試料
金属で構成した試料極(アノード)、4は試料金属より
貴な自然電位を有する材料からなる第1カソード、5は
第1カソード4と同材質の第2カソードであり、試料極
3と第1カソード4を、無抵抗電流計Z・Aを介在させ
て電気的に接続し、第2カソード5をON−OFF自在のス
イッチSWを介して電気的に接続する。
6は照合電極であり、それに接続した電圧計Vによ
り、試料電位の変化を測定する。
7はガスボンベにあり、これにより電解槽1の内部空
間8にライン9を通して、ガス(窒素ガス、アルゴンガ
スなど)を送り込む。10は流量計、11はバルブである。
一方、12はガスシール装置であり、電解槽よりのガスは
管13、14を介して排出される。図示の如く電解槽1は好
ましくは上部密閉構造である。上面1aと前記カソード、
アノード等を電気的に接続する接続線との間は電気絶縁
性を有するシール構造15としてある。
また本発明の電解槽には図示のように適宜撹拌装置、
温度制御装置などを設けてもよい。図中16は撹拌機であ
り、17は温度計、18は温度計と接続19した温度コントロ
ーラー、20は温調付きヒーターである。このようにして
撹拌機により試験液2を撹拌するとともに、測定温度を
検知した温度コントローラーにより、温調付きヒーター
をON−OFFさせて電解槽1の試験液を所定温度に保持す
る。撹拌装置としてはマグネットスタラーを用いてもよ
い。
次に、第2図に自動計測システムとした場合の本発明
の測定装置の1例の模式図を示す。図中、電解槽部分の
構成は基本的に第1図と同じであるので要部のみを示
す。第2図において説明の重複を省くため第1図と同じ
ものを同符号で示し、図中、撹拌装置としてマグネット
スタラー21を用いている。22は第1カソードと第2カソ
ードをON−OFFさせるタイマー付電磁リレーを示し、23
は無抵抗電流計、24は電位計であり、これらをIg、Emの
計測記録用のレコーダー25に接続し、このレコーダーを
X−Yプロッター26を有しHaの計算表示を行う、パソコ
ン27に接続してシステムを形成する。
本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。以下
の実施例は第2図に示す装置を用いて行った。
実施例1 高純度窒素ガスで十分溶液中の酸素を脱気したのち、
試験液として0.1%NaCl水溶液(温度25℃)を用い、試
料極として5052Al合金(表面積1cm2)を、第1カソード
としてスズメッキ鋼板(3cm2)を、第2カソードとして
スズメッキ鋼板(2cm2)を、それぞれ用いて各電極類を
装置にセットし、3時間放置後測定を開始した。測定は
下記条件にて行った。
スイッチの開閉 30分間隔で自動開閉 Haの測定 上記開閉が開始してから5分間隔でEm、Igを測定し、
Ha=ΔE/ΔIgをその都度計算し、計算値の30分平均を自
動記録させた。
空気吹込みと脱気の中止 測定開始後2時間目に空気吹込み開始し、大気中測定
に変更した。
測定結果は第3図に示すように脱気条件下では5052Al
合金は耐食域にあったが、空気吹込みと同時にHaは低下
し、5052Al合金に孔食の発生していることを示してい
る。これまでのパックテストによるとこの条件では脱気
雰囲気なら5052Al合金は耐食性があり、一方大気中では
孔食の発生することがわかっており、第3図に示す結果
はこの知見とよく一致している。
実施例2 高純度窒素ガスで十分溶液中の酸素を脱気したのち、
試験液として0.03%NaClを用いたのち1.0%NaClに変更
する試験を、温度25℃で行った。試料極として5052Al合
金(表面積1cm2)を、第1カソードとしてスズメッキ鋼
板(5cm2)を、第2カソードとしてスズメッキ鋼板(3c
m2)を、それぞれ用い、各電極類を装置にセットし、さ
らに4時間N2で脱気しながら安定するまで待ち、測定を
開始した。測定は下記条件にて行った。
スイッチの開閉 30分間間隔で自動開閉 Haの測定 上記開閉が開始してから3分間隔でEm、Igを測定し、
Ha=ΔEm/ΔIgをその都度計算し、計算値の30分平均を
自動的に記録させた。
NaClの添加により溶液濃度の変更 測定開始後2時間目に1%NaClに相当するNaClを溶液
中に投入し、外部よりマグネットスターラーで均一に撹
拌した。
測定結果は第4図に示すように0.03%NaCl水溶液中で
はHaは13000Ωcm2と高く、5052Al合金は耐食域にあった
が、NaClの添加と同時にHaは低下し、5052合金表面は腐
食域(孔食域)に移行したことを示し、5052Al合金表面
では孔食が発生していることがわかる。
この測定に先立つパックテストにより、同じAl合金と
カソードのガルバニック対で0.03%NaClでは5052Al合金
は耐食性があり、1%NaCl中で孔食の発生することがわ
かっており、第4図に示す結果とこの知見とはよい一致
が見られた。
実施例3 高純度窒素ガスで十分溶液中の酸素を脱気した後、試
験液0.03%NaCl、温度25℃で試料極として5052(表面積
1cm2)を最初用い、次に5082合金(表面積1cm2)に変更
した。第1カソードとしてスズメッキ鋼板(5cm2)を、
第2カソードとしてスズメッキ鋼板(3cm2)を用い、各
電極類を装置にセットし、さらに2時間N2で脱気しなが
ら安定するまで待ち、測定を開始した。測定は下記条件
で行った。
スイッチの開閉 30分間隔で自動開閉 Haの測定 上記開閉が開始してから、3分間隔でEm、Igを測定
し、Ha=ΔEm/ΔIgをその都度計算し、計算値の30分平
均を自動的に記録させた。
試料電極とりかえ 測定開始後10時間後に試料極を5052合金から5082合金
へ変換した。
測定結果は第5図に示すように0.03%NaCl水溶液中
で、5052合金のHaは12000〜13000Ωcm2と高く、耐食域
にあるが、5082合金に変えるとHaは低下し、腐食域(孔
食域)にあることがわかる。NaClを300ppm(0.03%NaC
l)含む飲料缶のパックテストではAl缶蓋が5052合金で
は完全耐食性であるが、5082合金では塗膜欠陥部より孔
食が発生することがあり、本試験方法の結果はパックテ
ストの結果とよい一致が見られた。
(発明の効果) 本発明方法によれば、異種金属の接触腐食に対する耐
食性を簡易にかつ高い精度で迅速に測定することができ
る。さらに本発明の測定装置によれば、具体的にはバイ
メタル構造のAl製缶蓋に発生する異種金属接触腐食の内
容物のイオン濃度、溶存酸素などとの関係を簡便かつ迅
速に測定することができ信頼性の高いものである。しか
も測定装置自体は構造が簡単であり、比較的廉価に製作
できるという利点を有する。本発明の方法及び装置は食
缶、飲用缶のバイメタル缶(胴が鉄、蓋がアルミ合金の
缶)のAl合金の耐食性判定に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の耐食性試験装置の1実施例を示す断面
図であり、第2図は該試験装置の他例の模式図であり、
第3〜第5図は、本発明の実施例1〜3におけるアノー
ド分極抵抗(Ha)の経時的変化を示すグラフである。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試験溶液中にアノードとなる試料金属と該
    金属より貴な自然電位を有する金属からなる第1カソー
    ドを浸漬し、同時に浸漬した第1カソードと同材質の第
    2カソードと第1カソードとを電気的にON−OFFさせる
    ことによりカソード面積を増減させ、ガルバニック電流
    (Ig)と試料金属電位(Em)の変位より試料金属表面の
    アノード分極抵抗(Ha)を式 により求めることを特徴とする異種金属接触腐食モニタ
    リング法。
  2. 【請求項2】試験溶液を入れる電解槽にアノードとなる
    試料金属と該金属より貴な自然電位を有する材料からな
    る第1カソードと、さらに第1カソードと同材質からな
    り、第1カソードとON−OFF自在のスイッチを介して接
    続した第2カソードとを設け、第2カソードのON−OFF
    によるガルバニック電流(Ig)の変化を無抵抗電流計
    で、また試料電位(Em)の変化を電圧計で測定し、アノ
    ード分極抵抗(Ha)を求めるようにしたことを特徴とす
    る金属耐食性試験装置。
  3. 【請求項3】電解槽内部が外部の大気に対しシールされ
    ていることを特徴とする請求項(2)の金属耐食性試験
    装置。
  4. 【請求項4】第2カソードのスイッチの開閉と、これに
    連動して行うガルバニック電流(Ig)、試料電位(Em)
    の計測と、さらにアノード分極抵抗(Ha)の計算表示と
    を自動計測システムにより行うことを特徴とする請求項
    (2)の金属耐食性試験装置。
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