JP5798955B2

JP5798955B2 - 腐食環境モニタリング装置

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Publication number: JP5798955B2
Application number: JP2012055235A
Authority: JP
Inventors: 南谷　林太郎; 林太郎南谷; 串田　則行; 則行串田; 徹哉出野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: JP2013190241A

Description

本発明は、主に電気電子装置が設置されている屋内環境を対象に、設置環境中に存在する腐食性ガスによる腐食度合いを測定する装置に係わる。

環境中に所定の期間放置し回収した試験片の腐食度合いを測定することにより、設置環境の電気電子装置に対する腐食性を簡便かつ短期間で精度良く評価する腐食環境モニタリング装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１には、「金属又はセラミックス又は金属塩を環境雰囲気中に所定期間放置した後、吸着されたガスを分析する。特にＮＯＸは多孔質金属又はセラミックス（遷移金属酸化物）、ＣＯ₂は多孔質セラミックス（希土類元素酸化物）、ＳＯ₂は塩化銅、塩化銀などの特定の塩化物が選択的吸着性において優れている。
このような試験片をケースに収容した試験キット、また試験キットを実用化するための試験キット用保護ケース、傘、強制空気送給装置も開示される。」と記載されている。

また、環境測定・評価方法としては、環境の腐食性を定量化するものは特許文献２、特許文献３が、透明基板を通して観察するものは特許文献４がある。

特開平６−１１７９７６号公報特開２０１１−１９６９８５号公報特開２００６−１４５３９０号公報特開２００５−１８１３００号公報

電気電子装置では、対象機器を安定に稼動させる目的のために、長期にわたる信頼性が要求されている。また、高速化や省スペース化のために、高密度実装構造が採用され微細配線構造や薄膜めっき構造からなる電気電子部品が数多く搭載されている。

これらの電気電子部品ではわずかな腐食損傷が電気特性または磁気特性を変動させて故障や誤動作の原因となるため、その腐食損傷を抑制することが電気電子装置の信頼性上の課題に挙げられている。環境の腐食性の程度に応じた防食対策を設計および保守に反映させるため、電気電子装置の設置環境の腐食性を、簡便かつ短期間で精度良く評価することが求められている。

上記従来技術の簡易環境雰囲気測定装置では、一つの容器内に複数の試験片を取付け所定の期間暴露することで、各種の腐食性ガスの影響を一度に評価する。大気環境の腐食評価に用いられる金属材料は、銅、銀、アルミニウム、鉄、亜鉛などがＩＥＣ規格、ＩＳＯ規格、ＩＳＡ規格に示されている。銅、銀、アルミニウム、鉄、亜鉛は、影響度合いは異なるがＳＯ₂，ＮＯ₂，Ｈ₂Ｓのいずれの腐食性ガスで腐食することが知られている。

上記従来技術の簡易環境雰囲気測定装置では、金属又はセラミックス又は金属塩を環境雰囲気中に所定期間放置した後、金属又はセラミックス又は金属塩を持帰り、金属表面に吸着されたガスを蛍光Ｘ線分析やＸ線光量分光装置（ＸＰＳ）などの分析装置を用いて分析する。金属又はセラミックス又は金属塩をその場で分析して、環境の腐食性をその場で定量的に知ることはできないという課題がある。

上記従来技術の簡易環境雰囲気測定装置では、周囲環境から容器内に拡散または流れにより侵入した腐食性ガスは開口部に近接した試験片で消費されるため、開口部から離れた試験片に到達する腐食性ガスの濃度は低下する。容器内の金属試験片の並べ方により、その腐食度合いがばらつく。すなわち開口部から離れて設置した場合、金属試験片の腐食度合いが低下し、本来の環境腐食性を過小評価する課題がある。

また腐食量は金属表面の周囲雰囲気の流れが早いと促進されることも知られている。金属材料の腐食は周囲雰囲気の流れに影響される。暴露した金属表面での周囲雰囲気の流れが実際の対象部品の表面での周囲雰囲気の流れよりも早い場合には、本来の環境腐食性を過大評価する課題がある。反対に暴露した金属表面での周囲雰囲気の流れが実際の対象部品の表面での周囲雰囲気の流れよりも低い場合には、本来の環境腐食性を過小評価する課題がある。

さらに上記従来技術では、一つの試験片に注目した場合、試験片の両端部の腐食度合いが大きく、中央部に向かうに従い腐食度合いが小さくなる傾向が認められる。腐食度合いを中央部近傍の比較的小さい領域を分析した場合、試験片の腐食度合いを過小評価する課題がある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、一つ以上の開口部を有する通路構造と、通路構造の一部の壁面が透明基板上に形成した金属薄膜とを有し、所定期間に渡り被測定環境中に放置した、透明基板上に形成した金属薄膜を、透明基板を通して観察し、金属薄膜の腐食生成物に由来する色調が変化した領域の形状寸法を測定し、環境の腐食性を定量化する腐食環境モニタリング装置を特徴とする。

本発明によれば、電気電子装置の設置環境の腐食性をその場で簡便かつ短期間で精度良く評価できるため、この評価に基づき環境の腐食性の程度に応じた防食対策を設計および保守に反映できる。

本発明による腐食環境モニタリング装置の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の暴露後（第２）の腐食状況を示す図。本発明による腐食環境モニタリング装置の暴露後（第１）の腐食状況を示す図。本発明による腐食環境モニタリング装置の暴露後（第３）の腐食状況を示す図。銅の腐食厚さによる環境腐食性の分類表の一例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。従来発明による腐食環境モニタリング装置の構成図。本発明による腐食環境モニタリング装置における金属薄膜の腐食速度の流れ方向分布の解析結果。従来発明による環境モニタリング装置における試験片腐食速度の流れ方向分布の解析結果。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置における金属薄膜の腐食速度の流れ方向分布の解析結果。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置における金属薄膜の腐食速度の流れ方向分布の解析結果。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による環境モニタリング装置の別の構成図の例。本発明による環境モニタリング装置の別の構成図の例。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

本実施例では、主に電気電子装置の設置環境中に存在する腐食性ガスによる腐食度合いを測定する腐食環境モニタ装置および方法の例を説明する。

図１は、本実施例の腐食環境モニタリング装置の構成図の例である。図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は上面図である。

腐食環境モニタリング装置には、透明基板３上に形成した金属薄膜２からなる腐食センサ１が、開口部５を有する通路構造４内の一部の壁面として取付けられている。図１では、腐食センサ１が矩形断面の通路構造４の矩形の開口部５に接する一つの側壁面として構成されている。

腐食センサ１は、金属薄膜２が通路構造側で透明基板３が周囲雰囲気側になるよう、すなわち透明基板３を通して金属薄膜２を周囲雰囲気側から観察できるように取付けられている。

通路構造４は腐食センサ１を外部から触れないよう保護する役割をもつ。通路構造４には、開口部５が一つであり（図１で通路構造の左側）、通路構造の右側には開口部はなく周囲環境から遮断されている。周囲雰囲気中の腐食性物質の流れ６は、開口部に向かってきても開口部から内部に侵入できない。腐食量は金属表面の周囲雰囲気の流れが早いと促進される。

本発明では、通路構造４の開口部近傍の腐食性物質が拡散のみによって腐食性物質の拡散７方向に侵入するため、周囲雰囲気の流れの影響を受けずに、腐食センサ１で腐食性物質による腐食度合いを測定できる。このように、本発明では、腐食の方向が固定されるため、測定のばらつきが少なくなる。

本発明は、周囲環境中の腐食性物質の拡散方向に沿った腐食度合い（腐食生成物の厚さ）を測定し、その腐食生成物の厚さ分布を推定することにより、周囲環境の腐食性を評価する。腐食性物質は、腐食性ガス、飛来海塩、塵埃などがあるが、以下腐食性ガスを代表として述べる。

つぎに、通路構造４内に拡散した開口部５近傍の腐食性物質を腐食センサ１により定量化する方法について述べる。

本発明の特徴は、腐食性ガスの流速影響を除外し、腐食性ガスの拡散方向を限定する通路構造４を採用したことにある。腐食性ガスは、通路構造４の開口部から侵入し、通路構造４内を拡散して腐食センサ１の金属薄膜２に到達する。

図１では、腐食性ガスの拡散を紙面左からの方向に限定して、腐食センサ１上での腐食を制御している。後述の図１２に示すように、開口部５からの距離が近い程腐食速度は速いため、金属薄膜２では、開口部５に近い左側ほど腐食量が多い。この挙動は、「硫黄ガス環境での銀の腐食速度の推定」材料と環境第５６巻、ｐ２６５−２７１（２００７）に記載されている。腐食性ガスの発生源から離れるに従い腐食速度が減少することを金属板による実験および解析で求めている。

本発明では、金属薄膜を使用しているため、腐食厚さが薄膜厚さと同じになった領域（透明基板との界面まで金属薄膜が腐食した領域）で腐食の進行は止まる。この領域を透明基板側から金属薄膜を観察すると、金属の色調から腐食生成物の色調に変化していることを確認できる。

図３に腐食性ガスが存在する環境に暴露した腐食環境モニタリング装置の腐食状況を示す。通路構造４側（断面Ａ−Ａ）から観察すると（図３（ｂ））、金属薄膜２の表面は一様に腐食生成物８が形成され変色している。通路構造４の外側から（断面Ｂ−Ｂ）から観察すると（図３（ｃ））、金属薄膜２は開口部５に近い左側のある領域のみ腐食生成物８が形成され変色している。

通路構造４の外側から観察して変色している領域は、その領域の金属薄膜２が厚さ方向にわたり全て腐食して腐食生成物８が形成されている。腐食生成物８は腐食性ガスに反応しないため、腐食性物質は消費されずに、変色領域のさらに右側にある金属薄膜２の腐食を進行させ、図５に示すように変色領域が右側に拡大する。

なお、図４に示す比較的初期の段階では、通路構造４側（断面Ａ−Ａ）から観察すると金属薄膜２の表面は一様に腐食生成物８が形成され変色している。通路構造の開口部の断面積が小さい場合または通路構造の奥行きが長い場合には開口部側のみが腐食により変色して、奥側は腐食せず金属色が残っていることもある。

一方、通路構造４の外側から（断面Ｂ−Ｂ）から観察すると腐食生成物８が金属薄膜２の厚さ方向にわたり部分的に腐食しているため全く変色していない。

本発明では、腐食センサ１の腐食による変色領域が右側に拡大して、変色領域の面積、変色領域と未変色領域の境界線の移動量などにより腐食度合いを測定できる。変色した領域の寸法、面積などの形状寸法に対応した腐食厚さの値から、ＩＥＣ６５４−４規格、ＩＳＯ１１８４４−１規格、ＩＳＯ９２２３規格、ＩＳＡ７１.０４規格に準じて、周囲雰囲気の腐食性を分類する。

図６に示すＩＳＡ７１.０４規格では、１か月暴露した銅の腐食厚さにより環境の腐食性を４段階に分類している。その環境の腐食性の程度に応じて防食対策を設計および保守に反映させる。

腐食環境モニタリング装置の構造について説明する。透明基板３上に形成した金属薄膜２からなる腐食センサ１の形状は、通路構造４内での腐食性物質の拡散７の方向を一次元に限定できるため、短冊状が好ましい。

腐食性物質の拡散７の方向に対して腐食生成物厚さの分布を測定できるならば、短冊状試験片の縦横比はいずれでも構わない。また通路構造４内に透明基板３上に形成した金属薄膜２からなる腐食センサ１の長手方向が通路構造４内の腐食性物質の拡散７の方向が拡散する方向と概平行となるように短冊状の腐食センサ１を取付けるのが好ましい。

金属薄膜２としては、電気電子部品材料として多用される上、設置環境調査で使用される銅、銀、金めっき（銅やニッケル下地）が挙げられる。また屋外大気の環境調査で使用される鉄、鉄ニッケル合金、アルミニウム、亜鉛などを用いても良い。通路構造４内には、一種類の腐食センサ１のみ取付ける。

複数のセンサ部を暴露する場合は、図２に示すように複数の通路構造を用意して、一つの通路構造内に一種類の腐食センサ１を取付ける。例えばセンサ部は透明基板上に銅薄膜２ａ、銀薄膜２ｂ、金めっき（銅やニッケル下地）２ｃが形成されている。

通路構造４の断面は矩形、円形、多角形で構成される。製作上、後述する腐食度合いの測定上の理由から、形状が簡単である矩形構造が好ましい。また通路構造の材質としては、腐食性ガスが発生しない有機材料が好ましい。また腐食性ガスに不活性な金属材料たとえばステンレスやチタンを使用してもよいが、異種金属接触腐食が発生することもあり絶縁物を介して腐食センサ１と接合する必要がある。

図７は、本実施例の環境モニタリング装置の別の構成図の例である。透明基板上には腐食厚さに対応した目盛９が形成されている。透明基板３を通して観察した金属薄膜２の変色領域（変色と未変色の境界線）を見て、目視によりその場で腐食厚さを測定でき、規格と照合することで環境の腐食性を分類できる。

図８に示すように予め規格の腐食厚さに対応した目盛１０、例えば図６に示すＩＳＡ７１.０４規格でＧ１、Ｇ２、Ｇ３、ＧＸに対応した目盛を形成すれば、直接目視によりその場で規格により環境の腐食性を分類することができる。

実環境での試験では、図９に示すように変色と未変色の境界線が直線にならず湾曲することが確認された。透明基板３上の金属薄膜２と通路構造４の間のすきま１１での腐食性ガスの拡散が早いため、すきまに近い金属薄膜２での腐食が進行したためである。金属薄膜２と通路構造４の間のすきま１１の影響を除外するためには、壁面から離れた場所での境界線を利用すること、または幅広の通路構造を採用して側面の影響を小さくすることで解決できる。

具体的には、図９に示すように壁面から離れた場所として透明基板幅方向の中央部に目盛線を形成すること、また図１０に示すように透明基板上に例えばＩＳＡ７１.０４規格でＧ１、Ｇ２、Ｇ３、ＧＸの境界に対応した領域のみ中心線沿いに規格の腐食厚さに対応した目盛孔１２のあいたシートを覆うことで解決できる。

図１１は、本実施例の腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例である。透明基板上には撮影装置１３を配置して、透明基板を通して観察した金属薄膜の変色領域（変色と未変色の境界線）を撮影する。撮影した金属薄膜の変色領域（変色と未変色の境界線）を処理装置１４により二値化することで腐食厚さに換算し、腐食厚さを規格と照合することで環境の腐食性を分類する。境界線の認識方法としては、画像処理方法のほかにフォトトランジスタアレイを用いて境界線を認識するなど、いずれの方法を用いてもよい。

図１２は、従来技術の環境モニタリング装置の一例である。図１２（ａ）は側面図、図１２（ｂ）は上面図である。例えば、銅、銀、アルミニウム、鉄、鉄ニッケル合金からなる金属試験片１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅを保護ケース１６に収容したものである。周囲雰囲気の腐食性ガスにより金属試験片１５が変色する。

一定期間暴露して回収した金属試験片１５の腐食度合いは、所定の領域に対して重量法、蛍光Ｘ線による腐食性ガス元素の定量分析法、定電流電解による膜厚測定法により測定される。例えば文献１によれば、各種金属試験片１５表面に形成された腐食生成物中の腐食性ガス元素の定量分析結果から、環境中の腐食性ガス濃度を推定できることが報告されている。またＩＥＣ６５４−４規格、ＩＳＯ１１８４４−１規格、ＩＳＯ９２２３規格、ＩＳＡ７１.０４規格によれば、一カ月間環境中に暴露した銅板の腐食生成物の厚さから、その環境の腐食性を分類する方法が報告されている。

従来の環境モニタリング装置では、一定期間暴露して回収した金属試験片１５の腐食度合いを重量法、蛍光Ｘ線による腐食性ガス元素の定量分析法、定電流電解による膜厚測定法により測定するため、現地で腐食度合いを測定することができない。

また従来の環境モニタリング装置では、保護ケース１６の開口部５から周囲雰囲気の腐食性ガスが流れまたは拡散により短冊状の金属試験片１５に送給される。それぞれの金属試験片１５は、腐食性ガスが流れまたは拡散方向に直列に取付けてあるため、上流側の金属試験片で腐食性ガスを消費した場合、下流側の金属試験片に到達する腐食性ガスの濃度は周囲雰囲気に比べて低下する。

したがって、周囲雰囲気から保護ケース１６内に導入された腐食性ガスは開口部５に近接した金属試験片（図１２では試験片１５ａ）で消費されるため、開口部から離れた金属試験片（図１２では試験片１５ｅ）に到達する腐食性ガスの濃度が低下する。

後述のように、金属試験片１５表面の場所により、生成されている腐食生成物の厚さは数１０％異なることが推定される。この腐食環境モニタリング装置で評価された環境の腐食性は、本来の設置環境の腐食性を過小評価してしまう課題がある。

さらに各々の金属試験片１５に注目すると、金属試験片の上流側端部では腐食度合いが大きく、同じ金属試験片１５上でも下流側では腐食度合いが小さくなる。金属試験片１５の腐食度合いは、重量法、蛍光Ｘ線による腐食性ガス元素の定量分析法、定電流電解による膜厚測定法により測定される。これらの評価では、金属試験片１５全体の平均値、または中心部近傍の比較的腐食度合いの小さい個所での値であるため、金属試験片１５の腐食度合いを過小評価する課題がある。

試験片端部から離れるに従い、腐食生成物の厚さが薄くなる。これは金属試験片端部で腐食性物質が消費されるため、中央部に到達する腐食性物質の濃度が低下するためである。この傾向は、流速が遅いほど、また流路構造の断面の幅が狭くなるほど顕著になる。

本発明の腐食環境モニタリング装置では、従来技術で課題となる金属試験片中央部で腐食度合いが小さくなることを利用して腐食を定量化する。すなわち、開口部５を有する通路構造４の一部の壁面が透明基板３上に形成した金属薄膜２からなる腐食センサ１で構成された腐食環境モニタリング装置で、所定期間に渡り被測定環境中に放置して透明基板３上に形成した金属薄膜２を、透明基板３を通して観察し、金属薄膜２の腐食生成物８に由来する色調が変化した領域の形状寸法を測定し、環境の腐食性を定量化している。

流れのある／ない環境での物質の拡散は、移流拡散方程式により定式化できる。Corrosion Science Vol.29, 1179-1187, 1989, The Atmospheric Sulfidation of Silver in a Tubular Corrosion Reactorでは、円管における移流拡散方程式についての記載がある。
これを矩形断面の二次元問題について示す。腐食性物質の濃度をＣ、腐食性ガスの流れ方向をｘ軸、それに直交する方向をｙ軸として、二次元の移流拡散方程式は次式で与えられる。

Ｄ・（ｇｒａｄ（Ｃ））−２・ｖ・（１−ｙ²／Ｈ₂）・δＣ／δｘ＝０
矩形断面内の平均流速をｖとして、その流速分布を１−ｙ²／Ｈ²と仮定する。ｖ＝０は流れのない環境となる。境界条件として、
Ｃ＝Ｃｉ（ｘ＝０）
δＣ／δｙ＝０（ｙ＝０）
−Ｄ・δＣ／δｙ＝Ｖｄ・Ｃ（ｙ＝−Ｈ／２）
Ｖｄは試験片表面への腐食性ガスの堆積速度である。試験片表面に衝突した腐食性物質のうち、一部の腐食性物質が試験片表面で反応し堆積する。試験片表面への腐食性物質の堆積速度Ｖｄは、この確率を反応確率（試験片表面に衝突した腐食性物質のうち反応する確率）γを用いて以下の式で表わされる。

Ｖｄ＝γ（Ｒｇ・Ｔ／(２π・Ｍ）)^0.5
Ｒｇはガス定数、Ｔは絶対温度、Ｍは腐食性物質の分子の質量である。

図１３に、移流拡散方程式による本発明の腐食環境モニタリング装置での解析結果の一例、上流側端部での腐食速度でもって規格化した結果を示す。銀の試験片（長さ５７mm）、通路構造Ｈ＝１０mm、Ｖｄ＝０.０１、Ｖ＝０ｍ／ｓとする。腐食速度は、開口部から３０mm離れた地点でほぼ０に減少している。本発明では、金属試験片上で拡散方向に沿って腐食速度が低下することを利用しており、周囲雰囲気の腐食性を過小評価することはない。

また図１４に、移流拡散方程式による従来技術の環境モニタリング装置での解析結果の一例、上流側端部での腐食速度でもって規格化した結果を示す。銅、銀、アルミニウム、鉄、鉄ニッケル合金に対する反応確率のうち、銀のみ反応確率が求められている。金属試験片が直列に並べられた場合の影響を定性的に調べるため、３mm間隔で５枚配置した各々の銀の試験片（長さ５mm）の腐食速度を、上流側端部での腐食速度で規格化した結果を示す。通路構造Ｈ＝１０mm、Ｖｄ＝０.０１、Ｖ＝１ｍ／ｓまたは０ｍ／ｓする。銀の試験片の腐食速度は、最上流試験片に比べて最下流試験片で６０％に減少している。従来技術の環境モニタリング装置では、周囲雰囲気中の腐食速度を過小評価していることになる。
試験片上での腐食速度が低下する傾向は、流速Ｖ＝１ｍ／ｓおよび０ｍ／ｓで認められた。

図１５は、本実施例の環境モニタリング装置の別の構成図の例である。図１５（ａ）は側面図、図１５（ｂ）は上面図である。透明基板３上の金属薄膜２は開口部から拡散方向に向かって離れた位置に設置されている。

図１６に、図１５で示した開口部から１０mm離れた位置に金属薄膜２を設置した場合の解析結果に加えて、図１で示した開口部から０mm離れた位置に腐食センサ１の金属薄膜２を設置した場合の解析結果を併せて示す。開口部から１０mm離れた位置に腐食センサ１の金属薄膜２を設置した場合は、腐食速度が小さくなり、強腐食環境に設置した場合でも長期にわたり安定して腐食環境を評価できる。

強腐食環境に設置した場合、腐食センサ１を通路構造４の複数の側壁に取付け、周囲環境から通路構造に導入された腐食性ガスを分散することで、腐食センサ１の腐食度合いを低減してもよい。腐食環境モニタリング装置では、開口部５および通路構造４の断面積を大きくすることで、弱腐食環境に設置した場合でも感度良く測定できる。

逆に開口部５および通路構造４の断面積を小さくすることで、強腐食環境でも感度良く測定できる。併せて腐食性ガスの拡散方向の通路構造４の長さを長くすることで、強腐食環境に設置した場合でも長期にわたり安定して腐食環境を評価できる。

図１７は、本実施例の環境モニタリング装置の別の構成図の例である。図１７（ａ）は側面図、図１７（ｂ）は上面図である。通路構造には図１７左側の開口部と右側の開口部があり、腐食性物質の流れ６の影響を受けた腐食度合いを測定できる。

腐食は流速が高くなるに従い、促進することが知られている。腐食度合いを測定したい対象の周囲雰囲気と同じ流れ環境に腐食環境モニタリング装置を設置することで、実環境と同じ腐食状況を把握できる。また周囲雰囲気の流れがない場合は、図１の腐食環境モニタリング装置と同様に、通路構造内の腐食性物質の拡散により腐食するため、左側の開口部と右側の開口部からの腐食が進行し、透明基板を通して観察した金属薄膜の変色領域（変色と未変色の境界線）は両側の開口部から内側に向けて移動する。

図１８に、図１で示した１か所の開口部の場合の解析結果に加え、図１７で示した２か所の開口部の場合の解析結果（流速０ｍ／ｓ）を併せて示す。２か所の開口部で流速０ｍ／ｓの腐食環境モニタリング装置の場合、１か所の開口部の腐食環境モニタリング装置と同じ腐食速度であり、代用可能である。左側の開口部と右側の開口部での腐食速度が異なる場合は、流速の影響を目視で確認できる特徴がある。

図１９に左側の開口部と右側の開口部５がある通路構造４からなる環境モニタリング装置での腐食パターンを示す。図１９（ａ）は左側のみ腐食が進行しており、定常的に左から右に流速がある環境であることがわかる。図１９（ｂ）は腐食度合いが左右同じであり、流速がない環境であることがわかる。図１９（ｃ）は左側の腐食度合いがが右側の腐食度合いがより進行しており、逆向きの流速があるまたは一時的に流速がない環境であることがわかる。腐食パターンを分類することにより周囲雰囲気による腐食状況をより正確に把握できる。

さらに図２０（ａ）は、本実施例の腐食環境モニタリング装置の別の構成図（上面図）の例である。図１の一つの開口部がある環境モニタリング装置と図１６の左側の開口部と右側の開口部がある環境モニタリング装置を併用することで、腐食性ガス起因の腐食と流速起因の腐食を分離することができる。

図２０（ｂ）に流れのある環境に暴露した腐食環境モニタリング装置の観察結果を示す。腐食性ガスの流れにより腐食が進行し、腐食領域が拡大することを目視で確認できる。

図２１は、本実施例の腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例である。図２１（ａ）は側面図、図２１（ｂ）は暴露後の上面図、図２１（ｃ）は暴露後の側面図である。側面図で通路構造の上側に開口部がある。図１のように開口部が側面図で通路構造の左側にある腐食環境モニタリング装置では、開口部近傍に壁などの障害物がある場合、腐食性ガスの流れが遮蔽されて正確な腐食環境の評価ができないことがある。腐食性ガスの流れを阻害しない上面に開口部を設けることで、周囲雰囲気の流れの影響を受けずに、正確に腐食度合いを測定できる。

図２２（ａ）は、本実施例の腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例である。通路構造４の開口部５と向かい合う面に、透明基板３上に形成した金属薄膜２からなる腐食センサ１を形成した。本発明の特徴は、腐食性ガスの流速影響を除外し、腐食性ガスの拡散方向を限定する通路構造を採用したことにある。図１の通路構造の開口部が１か所であり、紙面左からの腐食性物質の流れ６は開口部内に侵入することはなく、腐食性物質の拡散７のみにより通路構造内に侵入する。

さらに開口部を１か所にすることで拡散方向を１方向に限定できるため、通路構造の断面積と長さを変えるなどして腐食センサ１上での腐食を制御できる。所定の期間暴露した透明基板３を通して金属薄膜２を観察して、金属色から腐食生成物の色調に変化したことにより腐食の度合いを測定することができる。

金属薄膜２は紙面の左側から腐食が進行するため、図２２（ｂ）に示すように金属薄膜２が半分腐食した段階では、透明基板３を通して金属薄膜２を観察すると金属色のままである。

一方、図２２（ｃ）のように全ての金属薄膜が腐食した段階では、腐食生成物の色調が観察される。予め規格分類に準じて例えばＩＳＡ７１.０４規格でＧ１、Ｇ２、Ｇ３、ＧＸに対応した膜厚の金属薄膜を形成すれば、直接目視によりその場で規格による環境の腐食性を分類することができる。

図２３は、本実施例の腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例である。通路構造内に有機材料、例えばコーティング剤１７を充填している。空気にくらべて拡散速度の遅いコーティング剤１７を通して腐食性ガスが通路構造４内に侵入するため、透明基板３上に形成した金属薄膜２に到達する腐食性ガスは著しく少なくなり、強腐食環境に対しても長期にわたり安定して測定ができる。一方弱腐食環境に対して感度が低く測定が困難である。

図２４は、本実施例の腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例である。コーティング剤１７は空気にくらべて拡散速度が遅いが、膜厚を薄くすることで、透明基板３上に形成した金属薄膜２に到達する腐食性ガスは増大する。本発明では、通路構造４内を空気にした場合に比べて、対流がなく腐食性ガスを一様に金属薄膜２に拡散でき、弱腐食環境に対しても安定して測定ができる。

図２５は、本実施例の腐食環境モニタリング装置の別の構成図の例である。規格分類に準じて例えばＩＳＡ７１.０４規格でＧ１、Ｇ２、Ｇ３、ＧＸに対応してセンサ部の色調が変化するように、金属薄膜２の厚さを２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと４段階（規格の腐食厚さと同じ厚さ）に変えている。図２５（ｂ）に腐食環境に暴露した後の状況を示す。これにより直接目視によりその場で規格による環境の腐食性を分類することができる。

図２６は、本実施例の環境モニタリング装置の別の構成図の例である。金属薄膜の厚さを４段階に変える代わりに、１種類の金属薄膜上に規格分類に準じて例えばＩＳＡ７１.０４規格でＧ１、Ｇ２、Ｇ３、ＧＸに対応してセンサ部の色調が変化するように腐食性物質の拡散係数の異なるコーティング剤１７ａ〜１７ｄを採用している。図２６（ｂ）に腐食環境に暴露した後の状況を示す。これにより直接目視によりその場で規格による環境の腐食性を分類することができる。

図２７は、本実施例の環境モニタリング装置の別の構成図の例である。通路構造には図２７左側の開口部と右側の開口部があり、右側の開口部には通路構造中の金属薄膜２に周囲環境中の腐食性ガスを供給するための手段としてファン１８を設置する。ファン１８は試験片の上流側、下流側いずれに設置してもよい。またファンを停止した状態で、流れによらず拡散により腐食性ガスを通路構造内に侵入させてもよい。金属薄膜２の下流側にファンを設置した場合、腐食性ガスがファンにより流れが乱されたり、またファンに付着したりする課題がある。金属薄膜２の上流側にファンを設置するのが好ましい。周囲環境中の腐食性ガスの拡散に加えて、強制的に一定流速で腐食性ガスを取込むことで金属薄膜２の腐食が促進され、さらに腐食生成物の厚さ測定の精度を向上させることができる。通路構造内の横断面での流速分布のばらつき、経時的な流速変動は、金属薄膜２の腐食速度の測定誤差となる。環境の腐食性を短期間に精度良く測定することが可能となるためは、通路構造内の横断面での流速分布のばらつき、経時的な流速変動の少ないファンを選択することが好ましい。また横断面での流速分布のばらつきを除去するため、インレット部から離れた位置に金属薄膜２を配置してもよい。

１腐食センサ
２金属薄膜
３透明基板
４通路構造
５開口部
６腐食性物質の流れ
７腐食性物質の拡散
８腐食生成物
９腐食厚さに対応した目盛
１０規格の腐食厚さに対応した目盛
１１すきま
１２規格の腐食厚さに対応した目盛孔
１３撮影装置
１４処理装置
１５金属試験片
１６保護ケース
１７コーティング剤
１８ファン

Claims

一つの開口部を有する通路構造と、前記開口部からの腐食性物質の拡散方向と平行な通路構造の一部の壁面が透明基板で形成され、前記透明基板の上に形成した金属薄膜とで構成される第一及び第二の腐食環境モニタリング装置を備え、
前記第一及び第二の腐食環境モニタリング装置は、所定期間に渡り被測定環境中に放置した前記金属薄膜の腐食生成物によって変化した色調の領域の形状寸法について、前記透明基板を通して測定でき、
前記第一の腐食環境モニタリング装置の金属薄膜は所定の材料で構成され、かつ前記第二の腐食環境モニタリング装置の金属薄膜は、前記第一の腐食環境モニタリング装置の金属薄膜の材料とは異なる材料で構成されることを特徴とする腐食環境モニタリング装置。
請求項１に記載の腐食環境モニタリング装置において、
前記金属薄膜の材料は、銀、銅、金めっき、鉄、鉄ニッケル合金、アルミニウム又は亜鉛の内何れか一つの材料で構成されることを特徴とする腐食環境モニタリング装置。
請求項１に記載の腐食環境モニタリング装置において、
前記金属薄膜が前記開口部の端部より通路構造の内側に位置していることを特徴とする腐食環境モニタリング装置。