JP6264311B2 - Method for predicting corrosion products - Google Patents

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Description

本発明は、金属材料における腐食生成物の種類および生成量を予測する腐食生成物の予測方法に関する。   The present invention relates to a corrosion product prediction method for predicting the type and amount of a corrosion product in a metal material.

従来、鉄鋼材料の腐食を抑制するために亜鉛めっき鋼板が用いられている。例えば非特許文献1では、亜鉛めっき鋼板の腐食機構が紹介されており、亜鉛の腐食により生成された腐食生成物が下地鋼板の腐食を抑制することが記載されている。また、非特許文献2では、腐食生成物には様々な種類があり、それぞれの腐食生成物の腐食抑制効果が異なることが述べられている。   Conventionally, galvanized steel sheets have been used to suppress corrosion of steel materials. For example, Non-Patent Document 1 introduces a corrosion mechanism of a galvanized steel sheet, and describes that a corrosion product generated by the corrosion of zinc suppresses corrosion of a base steel sheet. Non-Patent Document 2 states that there are various types of corrosion products, and the corrosion inhibition effects of the respective corrosion products are different.

ここで、腐食生成物の種類は腐食環境によって異なり、大気環境下における腐食では、亜鉛上に付着している塩分の種類や、COやSO等の大気中の成分の量によって変わることが知られている。このような腐食生成物による腐食抑制効果を解明することができれば、耐食性に優れた材料の開発に応用することができる。しかし、大気環境下における腐食は薄い水膜下で進行するため、実験的な腐食メカニズムの解明が困難であり、腐食生成物による腐食抑制効果については不明な点が多いのが実状である。 Here, the type of the corrosion product varies depending on the corrosive environment, and the corrosion in the atmospheric environment may vary depending on the type of salt adhering to the zinc and the amount of components in the atmosphere such as CO 2 and SO 2. Are known. If the corrosion inhibition effect by such a corrosion product can be clarified, it can be applied to the development of a material having excellent corrosion resistance. However, since corrosion in an atmospheric environment proceeds under a thin water film, it is difficult to elucidate the experimental corrosion mechanism, and there are many unclear points about the corrosion inhibition effect of corrosion products.

近年、コンピュータ技術の発展に伴い、腐食現象をコンピュータシミュレーションで再現し、腐食機構の解明に応用することが期待されている。例えば非特許文献3では、亜鉛めっきと下地鋼板との異種金属接触腐食において、腐食が生じている水膜内の物質移動と化学反応とを数値シミュレーションすることで、腐食生成物の生成位置や生成量を数値解析する技術が報告されている。この手法では、下記式(1)で表される亜鉛イオンの溶出量と、下記式(2)で表される水酸化物イオンの生成量、およびこれらのイオンによる腐食生成物の生成反応を微小時間ごとに計算し、この計算を繰り返すことで所定の腐食時間における腐食生成物の生成挙動をシミュレーションしようとしている。   In recent years, with the development of computer technology, it is expected that the corrosion phenomenon will be reproduced by computer simulation and applied to the elucidation of the corrosion mechanism. For example, in Non-Patent Document 3, in the dissimilar metal contact corrosion between the galvanizing and the base steel sheet, the mass transfer and chemical reaction in the water film in which corrosion occurs are numerically simulated, and the generation position and generation of the corrosion product Techniques for numerical analysis of quantities have been reported. In this method, the elution amount of zinc ions represented by the following formula (1), the production amount of hydroxide ions represented by the following formula (2), and the production reaction of corrosion products by these ions are minutely determined. The calculation is performed every hour, and by repeating this calculation, the generation behavior of the corrosion product in a predetermined corrosion time is to be simulated.

Zn→Zn2++2e ・・・式(1)
+2HO+4e→4OH ・・・式(2)
Zn → Zn 2+ + 2e (1)
O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH Formula (2)

藤田栄、梶山浩志、「自動車車両における防錆鋼板の穴あき腐食と防食機構」、材料と環境、社団法人腐食防食協会、2001年、Vol.50、No.3、p115−123Sakae Fujita, Hiroshi Kashiyama, “Perforated Corrosion and Anticorrosion Mechanism of Rusted Steel Sheets in Automobiles”, Materials and Environment, Japan Corrosion and Corrosion Protection Association, 2001, Vol.50, No.3, p115-123 Xiaoge Gregory Zhang、「Corrosion and Electrochemistry of Zinc」、Plenum Press、1996年、p157−158Xiaoge Gregory Zhang, "Corrosion and Electrochemistry of Zinc", Plenum Press, 1996, p157-158 岡田信宏、松本雅充、西原克浩、木本雅也、工藤赳夫、藤本慎司、「イオン移動と反応を考慮したガルバニック腐食の数値解析モデル」、鉄と鋼、一般社団法人日本鉄鋼協会、2009年、Vol.95、No.2、p144−153Nobuhiro Okada, Masamitsu Matsumoto, Katsuhiro Nishihara, Masaya Kimoto, Ikuo Kudo, Shinji Fujimoto, “Numerical Analysis Model of Galvanic Corrosion Considering Ion Migration and Reaction”, Iron and Steel, Japan Iron and Steel Institute, 2009, Vol .95, No.2, p144-153

しかしながら、非特許文献3で提案されているコンピュータシミュレーションを用いた腐食生成物の予測方法では、腐食の電気化学反応の計算と、腐食生成物の生成に関する化学反応の計算(化学平衡計算)の両方について、目標とする時刻まで逐次計算を行うため、計算負荷が非常に大きく、長時間経過後の腐食形態をシミュレーションするには、膨大な計算時間を要するという問題があった。すなわち、非特許文献3で提案されている予測方法は、長時間経過後の腐食形態を予測するには現実的な手段ではなかった。   However, in the corrosion product prediction method using computer simulation proposed in Non-Patent Document 3, both the calculation of the electrochemical reaction of corrosion and the calculation of the chemical reaction related to the formation of the corrosion product (chemical equilibrium calculation) are performed. Since the calculation is performed sequentially until the target time, the calculation load is very large, and there is a problem that it takes enormous calculation time to simulate the corrosion form after a long time has passed. That is, the prediction method proposed in Non-Patent Document 3 is not a practical means for predicting the corrosion form after a long time has elapsed.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、腐食生成物の種類と生成量を迅速に予測することができる腐食生成物の予測方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the prediction method of the corrosion product which can estimate the kind and production amount of a corrosion product rapidly.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る腐食生成物の予測方法は、所定時刻経過後の腐食生成物の種類および生成量を数値計算によって予測する腐食生成物の予測方法において、金属材料の水溶液中における電位と電流密度との関係を示す分極曲線を測定する分極曲線測定ステップと、前記分極曲線を境界条件として、前記水溶液中における各イオンの物質収支および電気的中性条件に基づいて、前記所定時刻における前記水溶液中の各イオンの濃度分布を算出する濃度分布算出ステップと、得られた各イオンの濃度を基に、前記腐食生成物の生成反応に関する化学平衡計算を行う化学平衡計算ステップと、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the corrosion product prediction method according to the present invention predicts the type and amount of the corrosion product after a predetermined time by numerical calculation. In the method, a polarization curve measuring step for measuring a polarization curve indicating a relationship between a potential of a metal material in an aqueous solution and a current density, and a material balance and an electrical medium of each ion in the aqueous solution with the polarization curve as a boundary condition. A concentration distribution calculating step for calculating a concentration distribution of each ion in the aqueous solution at the predetermined time based on a sex condition, and a chemical equilibrium calculation for the formation reaction of the corrosion product based on the obtained concentration of each ion And a chemical equilibrium calculation step.

また、本発明に係る腐食生成物の予測方法は、前記金属材料の腐食の形態が異種金属接触腐食であり、前記分極曲線測定ステップが、腐食する側の金属である陽極の分極曲線と、防食される側の金属である陰極の分極曲線とをそれぞれ測定することを特徴とする。   Further, the corrosion product prediction method according to the present invention is such that the form of corrosion of the metal material is different metal contact corrosion, and the polarization curve measurement step includes a polarization curve of an anode which is a corroding metal, and corrosion prevention. And measuring a polarization curve of a cathode which is a metal on the side to be measured.

また、本発明に係る腐食生成物の予測方法は、前記陽極が亜鉛または亜鉛めっきであり、前記陰極は鉄または鉄鋼材料であることを特徴とする。   The corrosion product prediction method according to the present invention is characterized in that the anode is zinc or zinc plating, and the cathode is iron or a steel material.

また、本発明に係る腐食生成物の予測方法は、前記水溶液の溶質が、NaClであることを特徴とする。   The corrosion product prediction method according to the present invention is characterized in that the solute of the aqueous solution is NaCl.

また、本発明に係る腐食生成物の予測方法は、前記NaClの濃度が、100ppm〜5000ppmであることを特徴とする。   The corrosion product prediction method according to the present invention is characterized in that the NaCl concentration is 100 ppm to 5000 ppm.

本発明に係る腐食生成物の予測方法によれば、所定時刻に電気化学反応によって生成される各イオンの濃度分布を算出し、これを基に腐食生成物の生成反応に関する化学平衡計算を行うことで、当該所定時刻に生成される腐食生成物の種類および生成量を簡易に予測することができる。また、本発明に係る腐食生成物の予測方法は、従来のように化学平衡計算を逐次行わず、一度のみ行えばよいため、腐食の経過時間に拘らず腐食形態を迅速に予測することができる。   According to the method for predicting a corrosion product according to the present invention, the concentration distribution of each ion generated by an electrochemical reaction is calculated at a predetermined time, and the chemical equilibrium calculation relating to the formation reaction of the corrosion product is performed based on the concentration distribution. Thus, it is possible to easily predict the type and generation amount of the corrosion product generated at the predetermined time. In addition, the corrosion product prediction method according to the present invention may be performed only once instead of sequentially performing chemical equilibrium calculation as in the prior art, so that the corrosion form can be predicted quickly regardless of the elapsed time of corrosion. .

図1は、本発明の実施形態に係る腐食生成物の予測方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an example of a corrosion product prediction method according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の実施形態に係る分極曲線測定ステップで用いる、水溶液中における亜鉛および鉄の分極曲線の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the polarization curves of zinc and iron in an aqueous solution used in the polarization curve measurement step according to the embodiment of the present invention. 図3は、従来の手法に係る腐食生成物の予測方法を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a method for predicting corrosion products according to a conventional method. 図4は、本発明の実施例で用いた、異種金属接触腐食の解析モデルを模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing an analysis model of dissimilar metal contact corrosion used in the example of the present invention. 図5は、本発明の実施例において、100ppmのNaCl水溶液に試料を1日浸漬した後の水溶液内における各イオンの濃度分布を数値計算した結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the result of numerical calculation of the concentration distribution of each ion in the aqueous solution after the sample was immersed in a 100 ppm NaCl aqueous solution for one day in the example of the present invention. 図6は、本発明の実施例において、5000ppmのNaCl水溶液に試料を1日浸漬した後の水溶液内における各イオンの濃度分布を数値計算した結果を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the result of numerical calculation of the concentration distribution of each ion in the aqueous solution after the sample was immersed in a 5000 ppm NaCl aqueous solution for one day in the example of the present invention. 図7は、本発明の実施例における化学平衡計算で用いた各イオンの初期濃度を示す表である。FIG. 7 is a table showing the initial concentration of each ion used in the chemical equilibrium calculation in the example of the present invention. 図8は、本発明の実施例における化学平衡計算で用いた各腐食生成物の生成の反応式と平衡定数および溶解度積を示す表である。FIG. 8 is a table showing reaction equations, equilibrium constants, and solubility products for the formation of each corrosion product used in the chemical equilibrium calculation in the examples of the present invention. 図9は、本発明の実施例における化学平衡計算によって求めた各腐食生成物の生成量を示す表である。FIG. 9 is a table showing the amount of each corrosion product determined by chemical equilibrium calculation in an example of the present invention. 図10は、腐食試験後のX線回折によって同定された腐食生成物を示す表である。FIG. 10 is a table showing the corrosion products identified by X-ray diffraction after the corrosion test. 図11は、NaCl濃度に対する、腐食試験後の各腐食生成物のX線回折強度の変化を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing changes in X-ray diffraction intensity of each corrosion product after the corrosion test with respect to NaCl concentration. 図12は、NaCl濃度に対する、図9に示す各腐食生成物の濃度の変化を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing a change in the concentration of each corrosion product shown in FIG. 9 with respect to the NaCl concentration. 図13は、本発明および非特許文献3の予測方法で求めた腐食生成物の濃度を示す表である。FIG. 13 is a table showing the concentrations of corrosion products determined by the prediction method of the present invention and Non-Patent Document 3.

以下、本発明の実施形態に係る腐食生成物の予測方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, a method for predicting a corrosion product according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.

本実施形態に係る腐食生成物の予測方法は、主に金属材料の腐食が問題となる分野、特に自動車、建材等の分野において、金属材料の腐食により生成される水溶液中のイオンの濃度を数値計算により求め、得られた組成を基に化学平衡計算を行うことで、所定時間経過後に水溶液中に生成される腐食生成物の種類および生成量を予測するものである。   In the corrosion product prediction method according to the present embodiment, the concentration of ions in the aqueous solution generated by the corrosion of the metal material is numerically calculated mainly in the field where the corrosion of the metal material is a problem, particularly in the field of automobiles, building materials, and the like. By calculating the chemical equilibrium based on the composition obtained by calculation, the type and amount of the corrosion product generated in the aqueous solution after a predetermined time has elapsed are predicted.

ここで、本実施形態では、腐食する側と防食される側の区分が明確であり、数値解析に適しているという理由から、腐食形態として異種金属接触腐食を想定している。また、本実施形態では、腐食する側(水溶液中で溶出する側)の金属(陽極)として亜鉛(Zn)または亜鉛めっきを用い、防食される側の金属(陰極)として鉄(Fe)または鉄鋼材料を用いることを想定している。そして、本実施形態における水溶液は、溶質としてNaClを例えば100ppm〜5000ppm含む電解質溶液を想定している。   Here, in this embodiment, the distinction between the corrosive side and the anticorrosive side is clear, and because it is suitable for numerical analysis, different metal contact corrosion is assumed as the corrosion mode. In this embodiment, zinc (Zn) or galvanization is used as the metal (anode) on the corrosive side (side eluted in the aqueous solution), and iron (Fe) or steel as the metal (cathode) on the anticorrosion side The use of materials is assumed. And the aqueous solution in this embodiment assumes the electrolyte solution which contains NaCl as a solute, for example from 100 ppm to 5000 ppm.

本実施形態に係る腐食生成物の予測方法は、具体的には図1に示すように、分極曲線測定ステップと、濃度分布算出ステップと、化学平衡計算ステップと、の3つのステップを行う。   Specifically, the method for predicting corrosion products according to the present embodiment performs three steps of a polarization curve measurement step, a concentration distribution calculation step, and a chemical equilibrium calculation step, as shown in FIG.

分極曲線測定ステップでは、水溶液(以下、電解質溶液という)中における金属材料の分極曲線を測定する(図1のステップS1)。ここで、分極曲線とは、金属材料の電解質溶液中における電位と電流密度との関係を示すものである。この分極曲線は、腐食する側の金属(陽極)として亜鉛を用い、防食される側の金属(陰極)として鉄を用いた場合、例えば図2のような曲線となる。   In the polarization curve measurement step, the polarization curve of the metal material in the aqueous solution (hereinafter referred to as the electrolyte solution) is measured (step S1 in FIG. 1). Here, the polarization curve indicates the relationship between the electric potential in the electrolyte solution of the metal material and the current density. When the zinc is used as the corroding metal (anode) and iron is used as the anticorrosive metal (cathode), the polarization curve is, for example, a curve as shown in FIG.

分極曲線測定ステップでは、図2に示すように、電解質溶液中における陽極(亜鉛)側の分極曲線(アノード分極曲線)および陰極(鉄)側の分極曲線(カソード分極曲線)をそれぞれ測定する。なお、図2では、亜鉛および鉄のそれぞれについて、電解質溶液のNaCl濃度が100ppm(0.01質量%)および5000ppm(0.5質量%)の場合における分極曲線を一例として図示している。   In the polarization curve measurement step, as shown in FIG. 2, the anode (zinc) side polarization curve (anode polarization curve) and the cathode (iron) side polarization curve (cathode polarization curve) in the electrolyte solution are respectively measured. In FIG. 2, for each of zinc and iron, polarization curves when the NaCl concentration of the electrolyte solution is 100 ppm (0.01 mass%) and 5000 ppm (0.5 mass%) are shown as an example.

濃度分布算出ステップでは、分極曲線測定ステップで測定した分極曲線を境界条件として、電解質溶液中における各イオンの物質収支および電気的中性条件に基づいて、所定時刻tにおける電解質溶液中の各イオンの濃度分布を算出する(図1のステップS2)。濃度分布算出ステップでは、金属材料(ここでは亜鉛および鉄)の表面を薄い膜厚の電解質溶液が覆っていると仮定する。そして、その電解質溶液を微小な格子状の領域(セル)に分割し、各セルについて、イオンの濃度変化の計算を行う。以下、濃度分布算出ステップで用いる数式についてまず説明する。   In the concentration distribution calculating step, the polarization curve measured in the polarization curve measuring step is used as a boundary condition, and based on the mass balance of each ion in the electrolyte solution and the electrical neutral condition, each ion in the electrolyte solution at a predetermined time t A density distribution is calculated (step S2 in FIG. 1). In the concentration distribution calculation step, it is assumed that the surface of the metal material (here, zinc and iron) is covered with a thin electrolyte solution. Then, the electrolyte solution is divided into minute grid-like regions (cells), and the ion concentration change is calculated for each cell. Hereinafter, mathematical formulas used in the concentration distribution calculating step will be described first.

各イオン種iについての物質収支式は、下記式(3)で示される。   The material balance equation for each ion species i is expressed by the following equation (3).

Figure 0006264311
Figure 0006264311

ここで、上記式(3)において、Cはイオン種iの濃度、tは時刻、Nはイオン種iの流束、rは化学反応によるイオン種iの生成または消費速度を示している。本発明では、各イオンの濃度分布を求める際に腐食生成物の生成反応を考慮しないことを特徴としているため、上記式(3)におけるrの値はゼロとする。 Here, in the above formula (3), C i is the concentration of ionic species i, t is time, N i is the flux of ionic species i, r i is shown the production or consumption rate of the ionic species i by a chemical reaction Yes. Since the present invention is characterized in that the formation reaction of corrosion products is not taken into account when obtaining the concentration distribution of each ion, the value of r i in the above equation (3) is set to zero.

また、電解質内では物質の発生および消失がないため、上記式(3)における流束Nは、電解質の流れが無い場合、下記式(4)に示すNernst-Planck式で表される。 Moreover, since there is no occurrence and disappearance of the material in the electrolyte, the flux N i in the formula (3), when there is no flow of electrolyte is represented by the Nernst-Planck equation represented by the following formula (4).

Figure 0006264311
Figure 0006264311

ここで、上記式(4)において、Dはイオン種iの拡散係数、Cはイオン種iの濃度、zはイオン種iの価数、uはイオン種iの易動度、Fはファラデー定数、φは電位を表す。 Here, in the above formula (4), D i is the diffusion coefficient of ion species i, C i is the concentration of ion species i, z i is the valence of ion species i, u i is the mobility of ion species i, F represents a Faraday constant, and φ represents a potential.

また、上記式(4)における右辺第1項の「D∇C」は、拡散によって移動するイオン種iの量、右辺第2項の「zFC∇φ」は、電気泳動によって移動するイオン種iの量、を示している。従って、上記式(4)を上記式(3)に代入した式は、言い換えれば「ある一つのセル内における単位時間当たりのイオン種iの濃度Cの変化が、拡散によって移動するイオン種iの量と、電気泳動によって移動するイオン種iの量と、化学反応によるイオン種iの生成量または消費量を足し合わせたものである」ということを示している。 In addition, “D i ∇C i ” in the first term on the right side in the above formula (4) is the amount of ion species i moving by diffusion, and “z i u i FC i ∇φ” in the second term on the right side is The amount of ionic species i moving by electrophoresis is shown. Therefore, the expression obtained by substituting the above expression (4) into the above expression (3) is, in other words, “an ion species i in which a change in the concentration C i of the ion species i per unit time in a certain cell moves due to diffusion”. , The amount of ion species i that migrates by electrophoresis, and the amount of ionic species i produced or consumed by chemical reaction.

上記式(4)における拡散係数Dと易動度uとの間には、下記式(5)に示すようなNernst-Einsteinの関係が成立するため、下記式(5)を上記式(4)に代入する。なお、下記式(5)におけるRは気体定数、Tは絶対温度である。 Since the Nernst-Einstein relationship shown in the following equation (5) is established between the diffusion coefficient D i and the mobility u i in the above equation (4), the following equation (5) is expressed by the above equation (5). Substitute in 4). In the following formula (5), R is a gas constant, and T is an absolute temperature.

Figure 0006264311
Figure 0006264311

また、各セル内におけるイオンは電気的に中性である必要がある。そのため、上記式(5)は、下記式(6)に示す電気的中性要件を満たす必要がある。なお、下記式(6)におけるNはイオン種iの総数である。   Further, the ions in each cell must be electrically neutral. Therefore, the above formula (5) needs to satisfy the electrical neutral requirement shown in the following formula (6). In the following formula (6), N is the total number of ion species i.

Figure 0006264311
Figure 0006264311

また、溶液中における電流密度Iは、下記式(7)で表される。   The current density I in the solution is expressed by the following formula (7).

Figure 0006264311
Figure 0006264311

上記式(3)、上記式(6)および上記式(7)を、分極曲線測定ステップで測定した分極曲線を境界条件として、例えば有限要素法によって連立して解くことで、所定の時刻tにおける各セル内のイオンの濃度、電位および電流密度を求めることができる。なお、「分極曲線を境界条件として解く」とは、例えば電解質溶液が所定の境界で囲まれていると仮定し、上記式(3)、上記式(6)および上記式(7)を、各境界を示す下記式(8)〜(10)に示すような境界条件に基づいて解くことを意味している。   The above equations (3), (6), and (7) are solved simultaneously by, for example, the finite element method using the polarization curve measured in the polarization curve measurement step as a boundary condition, thereby obtaining a predetermined time t. The concentration, potential and current density of ions in each cell can be determined. “Solving the polarization curve as a boundary condition” means that, for example, the electrolyte solution is surrounded by a predetermined boundary, and the above equations (3), (6), and (7) It means solving based on boundary conditions as shown in the following equations (8) to (10) indicating the boundary.

Figure 0006264311
Figure 0006264311
Figure 0006264311
Figure 0006264311
Figure 0006264311
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ここで、上記式(8)〜(10)において、Гはアノードの表面、Гはカソードの表面、Гはアノードおよびカソード以外の境界、f(i)はアノードの分極曲線における電位と電流密度の関係を表す関数、f(i)はカソードの分極曲線における電位と電流密度の関係を表す関数、である。 Here, in the above formulas (8) to (10), Γ a is the surface of the anode, Γ c is the surface of the cathode, Γ b is the boundary other than the anode and the cathode, and f a (i) is the potential in the polarization curve of the anode. And a function representing the relationship between the current density and f c (i) is a function representing the relationship between the potential and the current density in the polarization curve of the cathode.

アノードにおけるある金属Mの溶出反応は、下記式(11)で示される。なお、下記式(11)におけるnは金属の価電子数である。   The elution reaction of a certain metal M at the anode is represented by the following formula (11). In the following formula (11), n is the number of metal valence electrons.

M→Mn++ne ・・・式(11) M → M n + + ne Expression (11)

一方、カソードにおける水溶液中の溶存酸素の還元反応は下記式(12)で表される。   On the other hand, the reduction reaction of dissolved oxygen in the aqueous solution at the cathode is represented by the following formula (12).

+2HO+4e→4OH ・・・式(12) O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH Formula (12)

上記式(3)、上記式(6)および上記式(7)を連立して解くことで得られた電流密度Iから、単位時間・単位面積当たりに流れた電子数が分かるため、上記式(11)または上記式(12)により、アノード表面またはカソード表面における単位時間・単位面積当たりのイオンの生成量Mが分かる。ここで、電極に接している電解質部分における物質の流束Nは、下記式(13)で表される。なお、下記式(13)におけるlは電極表面における法線ベクトルである。 Since the number of electrons that flowed per unit time / unit area can be determined from the current density I obtained by simultaneously solving the above formula (3), the above formula (6), and the above formula (7), the above formula ( 11) or the above formula (12), the amount of ions M i generated per unit time and unit area on the anode surface or cathode surface can be determined. Here, the flux N i of a substance in the electrolyte portion in contact with the electrodes is represented by the following formula (13). In the following formula (13), l is a normal vector on the electrode surface.

Figure 0006264311
Figure 0006264311

なお、濃度分布算出ステップでは、前記したように計算対象の電解質溶液を細かい計算要素(セル、メッシュ)に区切る必要があるが、セルの大きさや形状については特に限定されない。   In the concentration distribution calculating step, it is necessary to divide the electrolyte solution to be calculated into fine calculation elements (cells, meshes) as described above, but the size and shape of the cells are not particularly limited.

以下、上記各式を利用したイオンの濃度分布の具体的な算出方法について説明する。ここで、以下の説明では、時刻t=3秒とし、金属材料を電解質溶液に3秒浸漬した場合における、電解質溶液中の各イオンの濃度分布を算出する場合について説明する。   Hereinafter, a specific calculation method of the ion concentration distribution using each of the above equations will be described. Here, in the following description, a case will be described in which the concentration distribution of each ion in the electrolyte solution is calculated when the time t = 3 seconds and the metal material is immersed in the electrolyte solution for 3 seconds.

(t=1における各イオンの濃度分布の算出)
まず、分極曲線測定ステップで測定した分極曲線を境界条件として上記式(3)、上記式(6)および上記式(7)を連立して解き、t=1の時点における各セル内のイオンの濃度、電位および電流密度を算出する。溶液の初期濃度は、この計算における濃度の値として用いる。また、上記式(11)または上記式(12)により、t=1の時点における各セル内のイオンの生成量を算出する。
(Calculation of concentration distribution of each ion at t = 1)
First, the above equations (3), (6), and (7) are simultaneously solved using the polarization curve measured in the polarization curve measurement step as a boundary condition, and the ions in each cell at the time of t = 1 are solved. Concentration, potential and current density are calculated. The initial concentration of the solution is used as the concentration value in this calculation. Further, the amount of ions generated in each cell at the time point t = 1 is calculated by the above formula (11) or the above formula (12).

(t=2における各イオンの濃度分布の算出)
次に、分極曲線を境界条件として上記式(3)、上記式(6)および上記式(7)を連立して解き、t=2の時点における各セル内のイオンの濃度、電位および電流密度を算出する。その際、電極に接しているセルでは、前段の処理(t=1)で算出したイオンの生成量を、式(13)で得られる流束として(3)式に反映させることで考慮する。また、上記式(11)または上記式(12)により、t=2の時点における各セル内のイオンの生成量を算出する。
(Calculation of concentration distribution of each ion at t = 2)
Next, the equation (3), the equation (6), and the equation (7) are solved simultaneously using the polarization curve as a boundary condition, and the concentration, potential, and current density of ions in each cell at the time of t = 2. Is calculated. At this time, in the cell in contact with the electrode, the ion generation amount calculated in the previous process (t = 1) is taken into consideration by reflecting it in the equation (3) as the flux obtained by the equation (13). Further, the amount of ions generated in each cell at the time point t = 2 is calculated by the above formula (11) or the above formula (12).

(t=3における各イオンの濃度分布の算出)
次に、分極曲線を境界条件として上記式(3)、上記式(6)および上記式(7)を連立して解き、t=3の時点における各セル内のイオンの濃度、電位および電流密度を算出する。その際、電極に接しているセルでは、前段の処理(t=2)で算出したイオンの生成量を、式(13)で得られる流束として(3)式に反映させることで考慮する。
(Calculation of concentration distribution of each ion at t = 3)
Next, the equation (3), the equation (6), and the equation (7) are solved simultaneously using the polarization curve as a boundary condition, and the concentration, potential, and current density of ions in each cell at the time of t = 3. Is calculated. At this time, in the cell in contact with the electrode, the ion generation amount calculated in the previous process (t = 2) is taken into consideration by reflecting the amount of the ion obtained in Equation (13) in Equation (3).

このように、濃度分布算出ステップでは、上記式(3)、上記式(6)および上記式(7)の連立計算を、各セルについて、目標とする時刻tまで繰り返し行うことで、時刻tにおける各イオンの濃度分布を算出する。   As described above, in the concentration distribution calculation step, the simultaneous calculation of the above formula (3), the above formula (6), and the above formula (7) is repeatedly performed for each cell until the target time t. The concentration distribution of each ion is calculated.

化学平衡計算ステップでは、得られた各イオンの濃度を基に、腐食生成物の生成反応に関する化学平衡計算を行う(図1のステップS3)。化学平衡計算ステップでは、濃度分布算出ステップで得られた各イオンの濃度を反応物の初期値として入力し、化学平衡計算を行う。なお、化学平衡計算で求める腐食生成物としては、濃度分布算出ステップで得られた各イオンの濃度から生成される可能性のある物質を入力すればいい。化学平衡計算については、後記する実施例で詳細に説明する。   In the chemical equilibrium calculation step, a chemical equilibrium calculation relating to the formation reaction of the corrosion product is performed based on the obtained concentration of each ion (step S3 in FIG. 1). In the chemical equilibrium calculation step, the concentration of each ion obtained in the concentration distribution calculation step is input as the initial value of the reactant, and chemical equilibrium calculation is performed. In addition, what is necessary is just to input the substance which may be produced | generated from the density | concentration of each ion obtained at the density | concentration distribution calculation step as a corrosion product calculated | required by chemical equilibrium calculation. The chemical equilibrium calculation will be described in detail in the examples described later.

ここで、従来技術(非特許文献3)における腐食生成物の予測方法は、図3に示すように、分極曲線測定ステップ(ステップS101)については本発明と同様である。しかし、非特許文献3では、濃度分布算出ステップ(ステップS102)と化学平衡計算ステップ(ステップS103)のそれぞれについて、ステップS104およびステップS105に示すように、目標とする時刻tまで逐次繰り返して計算を行う。このように、非特許文献3では、逐次数値計算を行うため予測精度は良いものの、計算に膨大な時間を要し、長時間経過後の腐食形態をシミュレーションすることが事実上不可能であった。   Here, the corrosion product prediction method in the prior art (Non-Patent Document 3) is the same as the present invention in the polarization curve measurement step (step S101) as shown in FIG. However, in Non-Patent Document 3, for each of the concentration distribution calculation step (step S102) and the chemical equilibrium calculation step (step S103), as shown in step S104 and step S105, the calculation is repeatedly repeated until the target time t. Do. Thus, in Non-Patent Document 3, although the numerical accuracy is calculated sequentially, the prediction accuracy is good, but the calculation takes a long time, and it is practically impossible to simulate the corrosion form after a long time has passed. .

一方、以上説明した本発明に係る腐食生成物の予測方法によれば、所定時刻に電気化学反応によって生成される各イオンの濃度分布を算出し、これを基に腐食生成物の生成反応に関する化学平衡計算を行うことで、当該所定時刻に生成される腐食生成物の種類および生成量を簡易に予測することができる。また、本発明に係る腐食生成物の予測方法は、従来のように化学平衡計算を逐次行わず、一度のみ行えばよいため、腐食の経過時間に拘らず腐食形態を迅速に予測することができる。   On the other hand, according to the method for predicting a corrosion product according to the present invention described above, the concentration distribution of each ion generated by an electrochemical reaction is calculated at a predetermined time, and the chemistry relating to the formation reaction of the corrosion product is based on this. By performing the equilibrium calculation, it is possible to easily predict the type and amount of corrosion products generated at the predetermined time. In addition, the corrosion product prediction method according to the present invention may be performed only once instead of sequentially performing chemical equilibrium calculation as in the prior art, so that the corrosion form can be predicted quickly regardless of the elapsed time of corrosion. .

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。なお、本実施例は、本発明が対象とする腐食現象や条件、計算手法等を制限するものではなく、本発明の趣旨に適合しうる範囲内で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. Note that this embodiment does not limit the corrosion phenomenon, conditions, calculation method, and the like targeted by the present invention, and can be implemented with appropriate modifications within a range that can meet the spirit of the present invention. These are all included in the technical scope of the present invention.

[実験例1]
ここでは、本発明に係る腐食生成物の予測方法による結果と、実際の腐食生成物の生成実験の結果とを比較し、本発明によって腐食生成物の種類および生成量を適切に予測できるか否かを確認した。
[Experimental Example 1]
Here, the result of the corrosion product prediction method according to the present invention is compared with the result of an actual corrosion product generation experiment, and whether or not the type and amount of the corrosion product can be appropriately predicted by the present invention. I confirmed.

<腐食生成物の予測実験>
まず、本発明に係る予測方法により、腐食生成物の種類および生成量を予測した。ここでは、図4に示すように、NaCl水溶液(電解質溶液3)を介して亜鉛(陽極1)と鉄(陰極2)の異種金属接触腐食が発生している場合を想定した解析モデルを使用した。なお、この解析モデルでは、同図に示すように、陽極1および陰極2が接触するように隣り合って配置されており、陽極1上および陰極2上には電解質溶液3が形成され、電解質溶液3上には気相4が形成されている。また、解析モデルにおける陽極1および陰極2の幅はそれぞれ65mmであり、電解質溶液3の液膜厚みは3mmである。
<Prediction experiment of corrosion products>
First, the type and amount of corrosion products were predicted by the prediction method according to the present invention. Here, as shown in FIG. 4, an analysis model was used that assumed a case where different metal contact corrosion of zinc (anode 1) and iron (cathode 2) occurred via a NaCl aqueous solution (electrolyte solution 3). . In this analytical model, as shown in the figure, the anode 1 and the cathode 2 are arranged adjacent to each other so that the electrolyte solution 3 is formed on the anode 1 and the cathode 2, and the electrolyte solution A gas phase 4 is formed on 3. Moreover, the width of the anode 1 and the cathode 2 in the analysis model is 65 mm, respectively, and the liquid film thickness of the electrolyte solution 3 is 3 mm.

(分極曲線測定ステップ)
ここで、亜鉛は、上記式(1)に示すアノード反応によりNaCl水溶液中に亜鉛イオン(Zn2+)として溶出する。一方、鉄の表面では、上記式(2)に示すカソード反応により水酸化物イオン(OH)が生じる。これらを踏まえて、それぞれの式における電位と電流密度との関係である分極曲線(図2参照)を測定した。
(Polarization curve measurement step)
Here, zinc is eluted as zinc ions (Zn 2+ ) in the NaCl aqueous solution by the anodic reaction shown in the above formula (1). On the other hand, on the surface of iron, hydroxide ions (OH ) are generated by the cathode reaction shown in the above formula (2). Based on these, the polarization curve (see FIG. 2), which is the relationship between potential and current density in each equation, was measured.

(濃度分布算出ステップ)
前記した分極曲線を境界条件として、上記式(3)、上記式(6)および上記式(7)を有限要素法により解き、1日(86400秒)経過後の各イオンの濃度分布を算出した。なお、有限要素法による解析時のセル(メッシュ)の大きさは縦3mm×横5.8mmとした。また、NaCl水溶液のNaCl濃度は、100ppm(0.01質量%)および5000ppm(0.5質量%)の2種類とした。
(Concentration distribution calculation step)
Using the polarization curve as a boundary condition, the above equations (3), (6), and (7) were solved by the finite element method, and the concentration distribution of each ion after one day (86400 seconds) was calculated. . In addition, the size of the cell (mesh) at the time of analysis by the finite element method was 3 mm in length × 5.8 mm in width. Moreover, the NaCl concentration of NaCl aqueous solution was made into 100 ppm (0.01 mass%) and 5000 ppm (0.5 mass%).

図5および図6に、亜鉛および鉄と、NaCl水溶液との界面の位置における、1日経過(浸漬)後の亜鉛イオン(Zn2+)、水酸化物イオン(OH)、ナトリウムイオン(Na)および塩化物イオン(Cl)の濃度分布を示す。なお、図5はNaCl濃度が100ppmの場合の濃度分布であり、図5はNaCl濃度が5000ppmの場合の濃度分布である。このように、濃度分布算出ステップでは、NaCl水溶液中の各位置における各イオンの濃度を求める。 FIGS. 5 and 6 show zinc ions (Zn 2+ ), hydroxide ions (OH ), sodium ions (Na + ) after one day (immersion) at the interface between zinc and iron and an aqueous NaCl solution. ) And chloride ion (Cl ) concentration distribution. 5 shows the concentration distribution when the NaCl concentration is 100 ppm, and FIG. 5 shows the concentration distribution when the NaCl concentration is 5000 ppm. Thus, in the concentration distribution calculation step, the concentration of each ion at each position in the NaCl aqueous solution is obtained.

(化学平衡計算ステップ)
次に、図5および図6に示す各イオンの濃度を基に化学平衡計算を実施した。ここで、同図に示すように、亜鉛イオンの濃度は、亜鉛と鉄の界面から亜鉛側に5mmの位置が最も高くなる。従って、ここでは亜鉛と鉄の界面から亜鉛側に5mmの位置の各イオンの濃度を用いて化学平衡計算を行った。
(Chemical equilibrium calculation step)
Next, chemical equilibrium calculation was performed based on the concentration of each ion shown in FIGS. Here, as shown in the figure, the zinc ion concentration is highest at a position of 5 mm on the zinc side from the interface between zinc and iron. Therefore, here, the chemical equilibrium calculation was performed using the concentration of each ion at a position of 5 mm on the zinc side from the interface between zinc and iron.

図7に、化学平衡計算で用いた各イオンの初期濃度を示す。ここで、気相は大気中のCOが飽和した状態とし、HOの量は1Lの水溶液に相当する55.51Molとした。また、Zn,OH,Na,Clは、前記した濃度分布の計算結果の値を用いた。また、腐食生成物としては、塩化物が存在する環境で確認されている亜鉛系腐食生成物である、ZnO,Zn(OH),Zn(OH)(CO,ZnCl・4Zn(OH)、の4種類を考慮した。 FIG. 7 shows the initial concentration of each ion used in the chemical equilibrium calculation. Here, the gas phase was in a state in which atmospheric CO 2 was saturated, and the amount of H 2 O was 55.51 Mol corresponding to a 1 L aqueous solution. For Zn, OH , Na + , and Cl , the values of the calculation results of the concentration distribution described above were used. As the corrosion products, is a zinc-based corrosion products has been confirmed in environments where chlorides are present, ZnO, Zn (OH) 2 , Zn 5 (OH) 6 (CO 3) 2, ZnCl 2 · Four types of 4Zn (OH) 2 were considered.

図8に、各腐食生成物の生成の反応式と平衡定数および溶解度積を示す。なお、図8におけるNo.1〜No.3の反応式は、水および炭酸の解離反応を示しており、No.4〜No.7の反応式は、腐食生成物の生成反応を示している。これらの条件を基に化学平衡計算を行い、図9に示す計算結果を得た。   FIG. 8 shows the reaction formula, equilibrium constant, and solubility product of each corrosion product. In FIG. 1-No. 3 shows the dissociation reaction of water and carbonic acid. 4-No. The reaction formula 7 shows the formation reaction of the corrosion product. Based on these conditions, chemical equilibrium calculation was performed, and the calculation results shown in FIG. 9 were obtained.

図9に示すように、100ppmのNaCl水溶液では、Zn(OH)(COが主要な腐食生成物となり、Zn(OH)が次に多い腐食生成物となった。また、100ppmのNaCl水溶液では、ZnCl・4Zn(OH)はほとんど生成されなかった。一方、5000ppmのNaCl水溶液では、ZnCl・4Zn(OH)が主要な腐食生成物となり、Zn(OH)(CO,Zn(OH)、の順に生成量が減少した。なお、いずれのNaCl濃度の場合も、ZnOはほとんど生成されなかった。 As shown in FIG. 9, in the 100 ppm NaCl aqueous solution, Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 was the main corrosion product, and Zn (OH) 2 was the next most corrosion product. Further, in the 100 ppm NaCl aqueous solution, ZnCl 2 .4Zn (OH) 2 was hardly generated. On the other hand, in the 5000 ppm NaCl aqueous solution, ZnCl 2 · 4Zn (OH) 2 became the main corrosion product, and the production amount decreased in the order of Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 and Zn (OH) 2 . In any NaCl concentration, ZnO was hardly generated.

<腐食生成物の生成実験>
次に、本発明による腐食生成物の予測結果と比較を行うために、実際の腐食生成物の生成実験を行った。本実験では、まず亜鉛めっき鋼板(幅150mm×長さ70mm×厚さ0.8mm)の半面のめっきを塩酸により除去し、亜鉛−鉄対試料を得た。次に、この試料上に幅130mmの囲いを設け、その中に100ppmおよび5000ppmの濃度のNaCl水溶液を3mmの高さとなるように入れて1日経過させ、試料を腐食させた。そして、試料上に形成された腐食生成物の相をX線回折により同定した。
<Corrosion product generation experiment>
Next, in order to compare with the prediction result of the corrosion product according to the present invention, an actual corrosion product generation experiment was performed. In this experiment, first, plating of a half surface of a galvanized steel sheet (width 150 mm × length 70 mm × thickness 0.8 mm) was removed with hydrochloric acid to obtain a zinc-iron pair sample. Next, an enclosure having a width of 130 mm was provided on the sample, and a NaCl aqueous solution having a concentration of 100 ppm and 5000 ppm was put therein so as to have a height of 3 mm, and the sample was corroded for one day. And the phase of the corrosion product formed on the sample was identified by X-ray diffraction.

図10に、X線回折による腐食生成物の同定結果を示す。同図に示すように、100ppmのNaCl水溶液では、腐食生成物としてZnO,Zn(OH)(COおよびZnCl・4Zn(OH)が認められた。また、5000ppmのNaCl水溶液では、腐食生成物としてZnO,Zn(OH),Zn(OH)(COおよびZnCl・4Zn(OH)が認められた。 In FIG. 10, the identification result of the corrosion product by X-ray diffraction is shown. As shown in the drawing, in the 100 ppm NaCl aqueous solution, ZnO, Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 and ZnCl 2 .4Zn (OH) 2 were recognized as corrosion products. Further, in the 5000 ppm NaCl aqueous solution, ZnO, Zn (OH) 2 , Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 and ZnCl 2 .4Zn (OH) 2 were recognized as corrosion products.

次に、各腐食生成物の生成量の変化を知るために、X線回折における回折強度を調べた。なお、Cu−Kα線による測定において、ZnOは34.4°、Zn(OH)は20°、Zn(OH)(COは33.3°、ZnCl・4Zn(OH)は11.3°、における回折強度を用いた。 Next, in order to know the change in the amount of each corrosion product produced, the diffraction intensity in X-ray diffraction was examined. In the measurement using Cu-Kα rays, ZnO is 34.4 °, Zn (OH) 2 is 20 °, Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 is 33.3 °, and ZnCl 2 · 4Zn (OH). 2 used the diffraction intensity at 11.3 °.

図11に、各腐食生成物のX線回折強度とNaCl濃度との関係(NaCl濃度に対する各腐食生成物のX線回折強度の変化)を示す。なお、Zn(OH)は脱水反応によりZnOになることが知られているため、同図ではZnOとZn(OH)の和(ZnO+Zn(OH))として示した。同図に示すように、ZnO+Zn(OH)およびZn(OH)(COのX線回折強度は、NaCl濃度の増加に伴って減少した。一方、ZnCl・4Zn(OH)のX線回折強度は、NaCl濃度の増加に伴って増加した。 FIG. 11 shows the relationship between the X-ray diffraction intensity of each corrosion product and the NaCl concentration (change in the X-ray diffraction intensity of each corrosion product with respect to the NaCl concentration). In addition, since it is known that Zn (OH) 2 becomes ZnO by a dehydration reaction, it is shown as the sum of ZnO and Zn (OH) 2 (ZnO + Zn (OH) 2 ) in FIG. As shown in the figure, the X-ray diffraction intensities of ZnO + Zn (OH) 2 and Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 decreased with increasing NaCl concentration. On the other hand, the X-ray diffraction intensity of ZnCl 2 .4Zn (OH) 2 increased as the NaCl concentration increased.

ここで、本発明による腐食生成物の予測結果と、実際の腐食生成物の生成実験における結果とを比較するために、図9に示した各腐食生成物の生成量から求めた濃度とNaCl濃度との関係(NaCl濃度に対する各腐食生成物の濃度の変化)を図12に示す。なお、同図においても、ZnOおよびZn(OH)は、それぞれの和(ZnO+Zn(OH))として示した。同図に示すように、ZnO+Zn(OH)およびZn(OH)(COの濃度は、NaCl濃度の増加に伴って減少した。一方、ZnCl・4Zn(OH)の濃度は、NaCl濃度の増加に伴って増加した。 Here, in order to compare the prediction result of the corrosion product according to the present invention with the result in the actual corrosion product generation experiment, the concentration and NaCl concentration obtained from the production amount of each corrosion product shown in FIG. (Change in the concentration of each corrosion product with respect to NaCl concentration) is shown in FIG. In this figure, ZnO and Zn (OH) 2 are shown as their sum (ZnO + Zn (OH) 2 ). As shown in the figure, the concentrations of ZnO + Zn (OH) 2 and Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 decreased with increasing NaCl concentration. On the other hand, the concentration of ZnCl 2 · 4Zn (OH) 2 increased with increasing NaCl concentration.

このように、図11および図12によれば、本発明による腐食生成物の予測結果は、実際の腐食生成物の生成実験における結果の傾向を再現できており、腐食生成物の種類および生成量を適切に予測できていると考えられる。   Thus, according to FIG. 11 and FIG. 12, the prediction result of the corrosion product according to the present invention can reproduce the tendency of the result in the actual corrosion product generation experiment, and the type and amount of the corrosion product. Is considered to have been properly predicted.

[実験例2]
ここでは、本発明に係る腐食生成物の予測方法に要する計算時間と、非特許文献3に記載された腐食生成物の予測方法に要する計算時間とを比較した。
[Experiment 2]
Here, the calculation time required for the corrosion product prediction method according to the present invention and the calculation time required for the corrosion product prediction method described in Non-Patent Document 3 were compared.

本発明に係る予測方法では、4種類(ZnO,ZnZnO,Zn(OH),Zn(OH)(CO,ZnCl・4Zn(OH))の腐食生成物を考慮した場合において、50秒経過(浸漬)後の各イオンの濃度分布を求める数値計算(濃度分布算出ステップ)に、100ppmのNaCl水溶液の場合は9秒、5000ppmのNaCl水溶液の場合は86秒、を要した。また同様に、1日経過(浸漬)後の各イオンの濃度分布を求める数値計算に、100ppmのNaCl水溶液の場合は93秒、5000ppmのNaCl水溶液の場合は2秒、を要した。そして、化学平衡計算ステップについては、それぞれ1秒以内に計算が終了した。 In the prediction method according to the present invention, when four types of corrosion products (ZnO, ZnZnO, Zn (OH) 2 , Zn 5 (OH) 6 (CO 3 ) 2 , ZnCl 2 .4Zn (OH) 2 ) are taken into consideration The numerical calculation (concentration distribution calculation step) for obtaining the concentration distribution of each ion after 50 seconds (immersion) required 9 seconds for a 100 ppm NaCl aqueous solution and 86 seconds for a 5000 ppm NaCl aqueous solution. . Similarly, it took 93 seconds for the 100 ppm NaCl aqueous solution and 2 seconds for the 5000 ppm NaCl aqueous solution to calculate the concentration distribution of each ion after the passage of one day (immersion). The chemical equilibrium calculation step was completed within 1 second.

一方、非特許文献3に記載された予測方法では、1種類(Zn(OH))の腐食生成物のみを考慮した場合において、50秒経過(浸漬)後の腐食生成物を予測するための数値計算に、100ppmのNaCl水溶液の場合は103020秒、5000ppmのNaCl水溶液の場合は289740秒、を要した。そして、1日経過(浸漬)後の腐食生成物の予測は膨大な時間を要するため行うことができなかった。 On the other hand, in the prediction method described in Non-Patent Document 3, when only one type of corrosion product (Zn (OH) 2 ) is considered, the corrosion product after 50 seconds (immersion) is predicted. The numerical calculation took 103020 seconds for a 100 ppm NaCl aqueous solution and 289740 seconds for a 5000 ppm NaCl aqueous solution. And the prediction of the corrosion product after the passage of one day (dipping) could not be performed because it took a huge amount of time.

このように、本発明に係る腐食生成物の予測方法によれば、腐食の経過時間に拘らず腐食形態を迅速に予測することができる。   Thus, according to the corrosion product prediction method of the present invention, it is possible to quickly predict the corrosion form regardless of the elapsed time of corrosion.

[実験例3]
ここでは、本発明に係る腐食生成物の予測結果と、非特許文献3に記載された腐食生成物の予測結果とを比較し、本発明の計算精度を確認した。またここでは、本発明および非特許文献3の予測方法のそれぞれについて、腐食生成物としてZn(OH)のみを考慮した場合の50秒経過(浸漬)後の数値計算結果の比較を行った。
[Experiment 3]
Here, the prediction result of the corrosion product according to the present invention was compared with the prediction result of the corrosion product described in Non-Patent Document 3, and the calculation accuracy of the present invention was confirmed. Here, for each of the prediction methods of the present invention and Non-Patent Document 3, numerical calculation results after 50 seconds (immersion) when only Zn (OH) 2 was considered as a corrosion product were compared.

図13に、本発明および非特許文献3の予測方法で求めた、亜鉛と鉄の界面から亜鉛側に5mmの位置における50秒経過後のZn(OH)濃度を示す。同図に示すように、100ppmのNaCl水溶液の場合および5000ppmのNaCl水溶液の場合のそれぞれにおいて、本発明と非特許文献3のZn(OH)濃度のオーダーは一致している。従って、本発明に係る予測方法においても、非特許文献3と同等の精度を有することが分かる。 FIG. 13 shows the Zn (OH) 2 concentration after 50 seconds at a position of 5 mm from the zinc-iron interface to the zinc side, as determined by the prediction method of the present invention and Non-Patent Document 3. As shown in the figure, the order of the Zn (OH) 2 concentration of the present invention and that of Non-Patent Document 3 are the same in the case of a 100 ppm NaCl aqueous solution and the case of a 5000 ppm NaCl aqueous solution. Therefore, it can be seen that the prediction method according to the present invention has the same accuracy as that of Non-Patent Document 3.

以上、本発明に係る腐食生成物の予測方法について、発明を実施するための形態および実施例により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。   The method for predicting a corrosion product according to the present invention has been specifically described above with reference to modes and examples for carrying out the invention. However, the gist of the present invention is not limited to these descriptions, and claims are made. Should be interpreted broadly based on the description of the scope. Needless to say, various changes and modifications based on these descriptions are also included in the spirit of the present invention.

1 陽極
2 陰極
3 電解質溶液
4 気相
1 Anode 2 Cathode 3 Electrolyte Solution 4 Gas Phase

Claims (5)

所定時刻経過後の腐食生成物の種類および生成量を数値計算によって予測する腐食生成物の予測方法において、
金属材料の水溶液中における電位と電流密度との関係を示す分極曲線を測定する分極曲線測定ステップと、
前記分極曲線を境界条件として、前記水溶液中における各イオンの物質収支および電気的中性条件に基づいて、前記所定時刻における前記水溶液中の各イオンの濃度分布を算出する濃度分布算出ステップと、
得られた前記所定時刻における各イオンの濃度を基に、前記腐食生成物の生成反応に関する化学平衡計算を一度のみ行うことにより、前記所定時刻に生成される前記腐食生成物の種類および生成量を予測する化学平衡計算ステップと、
を含むことを特徴とする腐食生成物の予測方法。
In the corrosion product prediction method for predicting the type and amount of corrosion products after a predetermined time by numerical calculation,
A polarization curve measuring step for measuring a polarization curve indicating a relationship between a potential and a current density in an aqueous solution of a metal material;
A concentration distribution calculating step for calculating a concentration distribution of each ion in the aqueous solution at the predetermined time based on a mass balance of each ion in the aqueous solution and an electrical neutral condition using the polarization curve as a boundary condition;
Based on the concentration of each ion obtained at the predetermined time, the chemical equilibrium calculation related to the formation reaction of the corrosion product is performed only once, so that the type and amount of the corrosion product generated at the predetermined time are determined. A predicted chemical equilibrium calculation step;
A method for predicting corrosion products, comprising:
前記金属材料の腐食の形態が異種金属接触腐食であり、
前記分極曲線測定ステップは、腐食する側の金属である陽極の分極曲線と、防食される側の金属である陰極の分極曲線とをそれぞれ測定することを特徴とする請求項1に記載の腐食生成物の予測方法。
The form of corrosion of the metal material is dissimilar metal contact corrosion,
2. The corrosion generation according to claim 1, wherein the polarization curve measuring step measures a polarization curve of an anode which is a metal to be corroded and a polarization curve of a cathode which is a metal to be protected. How to predict things.
前記陽極は亜鉛または亜鉛めっきであり、前記陰極は鉄または鉄鋼材料であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の腐食生成物の予測方法。   The said anode is zinc or galvanization, and the said cathode is iron or a steel material, The prediction method of the corrosion product of Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. 前記水溶液の溶質は、NaClであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の腐食生成物の予測方法。   The method for predicting a corrosion product according to any one of claims 1 to 3, wherein the solute of the aqueous solution is NaCl. 前記NaClの濃度は、100ppm〜5000ppmであることを特徴とする請求項4に記載の腐食生成物の予測方法。   The method for predicting a corrosion product according to claim 4, wherein the NaCl concentration is 100 ppm to 5000 ppm.
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