JP7484481B2 - 被覆金属材の耐食性試験方法 - Google Patents
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Description
本開示は、被覆金属材の耐食性試験方法に関する。
腐食試験用センサとして、ＡＣＭ型腐食センサが知られている。これは、基板となる対象金属（Ｆｅ、亜鉛メッキ鋼板など）の上に、絶縁ペーストをスクリーン印刷し、さらにその上に基板との絶縁が保たれるように導電性ペースト（Ａｇなど）を積層印刷したものである。これを、大気中に暴露すると、降雨や結露などによって導電ペーストの金属と基板の間に薄い水膜が形成されて、腐食電流が流れる。この電流は腐食速度と相関があるので、大気環境の腐食性をモニタリングすることができる。
また、腐食試験方法の別の例が特許文献１に記載されている。これは、基板の表面の複数箇所に絶縁部を介して導電部を設けてなる腐食センサを用いる。この腐食センサは、基板が大気に晒される構造物の構成部材と同一の素材で形成され、その基板の表面が上記構成部材に施される塗膜と同一の塗膜で覆われる。腐食センサが大気に晒され、腐食因子の作用によって塗膜に亀裂が入ると、亀裂から雨水が侵入して導電部と基板が短絡し、腐食電流が流れる。これを電流計で計測することにより、塗膜の劣化が判断される。
さらに、特許文献２には、異種金属材を交互に且つその異種金属材間に電気絶縁材を挟んで積層し、この積層体の露頭をセンサ面として、湿気や腐食因子を検出する湿気センサが開示されている。この湿気センサは、センサ面に塗膜を形成することにより腐食センサとして使用できる。
ＡＣＭ型腐食センサは、対象金属が大気に晒される状態での腐食環境強度のモニタリングに使用される。つまり、未塗装で使用される。しかし、腐食は塗膜下で進行するところ、腐食環境強度は塗膜下と塗膜の外側では必ずしも一致しない。すなわち、ＡＣＭ型腐食センサでは塗膜下の腐食環境強度の評価ができない。
これに対して、特許文献１の腐食試験方法では、センサの表面を塗膜で覆った状態で腐食電流を検出するが、塗膜に亀裂を生じて雨水が浸入しなければ、腐食電流は流れない。すなわち、塗装物においては、腐食因子が塗膜に浸透して塗膜下に達したり、或いは塗膜下から塗膜外に抜け出ることが繰り返されるところ、特許文献１の腐食試験方法では、そのような腐食因子の出入りをモニタリングすることができない。
しかも、センサの表面には絶縁部と導電部の積層によって凹凸ができているから、塗膜を一定厚さで形成することができず、塗膜の厚さが耐食性に与える影響を評価することが難しい。
また、特許文献２の湿気センサは、センサ面に塗膜を形成することにより腐食センサとして使用できるが、鋼板等の金属製基材上に設けられた塗膜下の腐食環境強度の評価を行うことは困難である。
そこで、本開示は、金属製基材に表面処理膜が設けられてなる被覆金属材における表面処理膜下の腐食環境強度を簡便な構成で高い信頼性をもって評価できる耐食性試験方法をもたらすことを課題とする。
上記の課題を解決するために、ここに開示する技術は、金属製基材に表面処理膜が設けられてなる被覆金属材の耐食性試験方法であって、前記表面処理膜の表面上に、前記金属製基材と非接触状態で、前記金属製基材よりも標準電極電位が高い材料からなる導電部を配置する準備工程と、前記金属製基材と前記導電部とを、電流検出手段を備えた外部回路を介して接続させる接続工程と、前記被覆金属材に、前記表面処理膜を貫通して前記金属製基材に達する人工傷を形成する人工傷形成工程と、前記被覆金属材に腐食因子を接触させることにより、前記被覆金属材の耐食性を試験する試験工程と、を備え、前記準備工程で、前記表面処理膜の表面上に、前記導電部として、所定幅を有し且つ互いに所定間隔を空けて並設された複数の線状パターンを備えた薄膜を形成し、前記試験工程で、前記表面処理膜内に浸透した前記腐食因子により前記金属製基材と前記導電部とが電気的に短絡して流れる腐食電流に基づいて、前記被覆金属材の耐食性としての腐食進展速度を評価することを特徴とする。
一般に、表面処理膜を備えた被覆金属材では、例えば湿気、塩水などの腐食因子が表面処理膜に浸透し、金属製基材に到達することで腐食が開始する。従って、被覆金属材の腐食過程は、腐食が発生するまでの過程と腐食が進展する過程とに分けられる。腐食が発生するまでの過程は、腐食が開始するまでの期間（腐食抑制期間）を求めることにより評価できる。また、腐食が進展する過程は、腐食が進展する速度（腐食進展速度）を求めることにより評価できる。
本構成では、腐食因子を含む腐食環境に被覆金属材をさらすことや、被覆金属材に腐食因子を直接供給すること等により、被覆金属材に腐食因子を接触させると、表面処理膜内に腐食因子が浸透する。そして、表面処理膜に浸透した腐食因子が導電部と金属製基材の双方に到達すると、両者が電気的に短絡するとともに金属製基材の溶解反応が始まり腐食電流が流れ始める。すなわち、腐食電流が流れ始めたときが腐食の発生時、すなわち腐食抑制期間の終了時と考えられる。そして、腐食因子は表面処理膜にさらに浸透して広がっていく。金属製基材の溶解反応もさらに進行する。そうして、腐食電流の電流量が増加していく。これらの現象は、腐食が進展する過程を模擬的に作り出していると言える。従って、その電流量の増加過程を観測することにより、腐食進展速度を評価できる。そうして、簡便な構成で信頼性の高い耐食性試験が可能となる。
本構成では、前記準備工程で、前記表面処理膜の表面上に、前記導電部として、所定幅を有し且つ互いに所定間隔を空けて並設された複数の線状パターンを備えた薄膜を形成する。
本構成によれば、導電部が複数の線状パターンを備えた薄膜であるから、腐食が発生した位置を中心として腐食が進展したときに、腐食因子が到達した線状パターンには順次電流が流れるようになる。そうすると、複数の線状パターンの各々に腐食因子が到達するたびに、その線状パターンに流れ始めた電流が電流検出手段により検出されるから、簡便な構成で腐食進展速度を精度よく評価できる。
一実施形態では、前記所定幅は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、前記所定間隔は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
例えば、自動車が高速道路上を走行中に融雪塩等が車体に付着して水滴ができる場合がある。このように、物体の表面に塩等が付着して水滴となる場合、水滴の径は一般的に３００μｍ程度であることが知られている。
本構成によれば、複数の線状パターンの所定幅及び所定間隔の下限値を上記の値とすることにより、腐食因子として上述のような水滴が付着した場合であっても、隣り合う線状パターンに同時に水滴が付着してしまうことを抑制できる。また、所定幅及び所定間隔の上限値を上記の値とすることにより、腐食電流の電流量の増加過程をより細かく検出できる。そうして、信頼性の高い耐食性試験が可能となる。
一実施形態では、前記導電部は、前記複数の線状パターンを接続するパッド部を備え、前記接続工程で、前記外部回路は、前記導電部における前記パッド部に接続される。
本構成によれば、複数の線状パターンの各々と金属製基材とを外部回路で接続する必要がないから、接続工程を簡素化できる。
一実施形態では、前記試験工程で、前記電流検出手段により検出された電流値の時間変化と、前記所定幅及び前記所定間隔と、に基づいて、前記腐食進展速度を算出する。
複数の線状パターンはパッド部を通じて互いに導通している状態であるから、電流計により検出される電流値は、腐食の進展に伴い、これまでに検出された電流値の積算値として検出され、階段状に増加していく。この電流値の時間変化と、線状パターンの所定幅及び所定間隔と、に基づいて、腐食進展速度を算出できる。
一実施形態では、前記複数の線状パターンは、前記表面処理膜の表面上において互いに非導通状態に形成され、前記外部回路は、前記複数の線状パターンの各々と、前記金属製基材と、を接続する複数の配線を備える。
本構成によれば、複数の線状パターンは互いに非導通状態であるから、腐食が進展して、線状パターンの各々に流れる電流を個別に検出できる。これにより、線状パターンの各々に流れる電流値を精度よく計測できるから、腐食進展速度の算出精度が向上する。
一実施形態では、前記外部回路は、配線と、該配線の先端側にハンダ付けされた金属板と、を備え、前記接続工程で、前記金属板と前記導電部とを導電ボンドを介して固定することにより、前記導電部と前記外部回路とを接続する。
導電部と外部回路との接続部分は十分に導通を確保する必要がある。しかしながら、導電部に直接配線の先端側をハンダ付けすることは、導電部の損傷を招き、導通を確保できないおそれがある。本構成によれば、配線の先端側にハンダ付けされた金属板と導電部とを導電ボンドを用いて接着固定させるから、導電部の損傷を抑制しつつ、接続部分における十分な導通を確保できる。
上記構成では、前記被覆金属材に、前記表面処理膜を貫通して前記金属製基材に達する人工傷を形成する人工傷形成工程を備える。
表面処理膜を貫通して金属製基材にまで到達する人工傷を形成すると、腐食因子は、人工傷内に侵入し、金属製基材に到達する。そうして、人工傷の部分から表面処理膜内への腐食因子の浸透が促進される。また、金属製基材も腐食因子と接触するから、金属製基材の溶解反応も開始する。このことは、人工傷の部分から腐食が開始したことを意味する。すなわち、人工傷を形成することにより、腐食抑制期間終了時の状態を模擬的に作り出すことができる。そうして、より短時間で精度よく腐食進展速度を評価できる。
一実施形態では、前記人工傷は、前記表面処理膜の表面上における前記導電部が形成された領域の中央部に形成される。
本構成によれば、腐食の起点となる人工傷を導電部が形成された領域の中央部に設けるから、導電部が形成された領域全体を耐食性試験に利用できる。
一実施形態では、前記試験工程で、前記人工傷が形成された部分に前記腐食因子を供給する。
本構成によれば、人工傷が形成された部分に腐食因子を直接供給することにより、人工傷を起点とする腐食の進展をより確実に促進できる。そうして、より短時間で信頼性の高い耐食性試験が可能となる。
一実施形態では、前記準備工程で、スクリーン印刷により前記導電部を形成する。
本構成によれば、導電部を簡便な方法で確実に形成できる。
なお、当該耐食性試験に供するに適した被覆金属材としては、例えば、金属製基材に表面処理膜として樹脂塗膜が設けられた塗装金属材がある。
金属製基材は、例えば、家電製品、建材、自動車部品等を構成する鋼材、例えば、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）、高張力鋼板又はホットスタンプ材等であり、或いは軽合金材であってもよい。金属製基材は、表面に化成皮膜（リン酸塩皮膜（例えば、リン酸亜鉛皮膜），クロメート皮膜等）が形成されたものであってもよい。
樹脂塗膜としては、具体的には例えば、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系等のカチオン電着塗膜（下塗り塗膜）があり、電着塗膜に上塗り塗膜が重ねられた積層塗膜、電着塗膜に中塗り塗膜及び上塗り塗膜が重ねられた積層塗膜等であってもよい。
塗装金属材は、例えば家電製品、建材、自動車部品等の材料として用いられる。
一実施形態では、自動車の試験対象箇所に、当該箇所を構成する塗装金属材と同一仕様の被覆金属材に前記導電部及び前記外部回路を設けてなる試験片を配置し、前記自動車がさらされる環境に対する前記被覆金属材の耐食性を試験する。
本構成によれば、自動車の使用に伴う自動車各部の塗膜下の腐食環境強度を評価することができ、防錆構造の設計や塗膜の設計に有利になる。
本明細書において開示する被覆金属材の耐食性試験方法の他の一態様は、金属製基材に表面処理膜が設けられてなる被覆金属材の耐食性試験方法であって、前記表面処理膜の表面上に、前記金属製基材と非接触状態で、前記金属製基材よりも標準電極電位が高い材料からなる導電部を配置する準備工程と、前記金属製基材と前記導電部とを、電流検出手段を備えた外部回路を介して接続させる接続工程と、前記被覆金属材に腐食因子を接触させることにより、前記被覆金属材の耐食性を試験する試験工程と、を備え、前記試験工程で、前記表面処理膜内に浸透した前記腐食因子により前記金属製基材と前記導電部とが電気的に短絡して流れる腐食電流に基づいて、前記被覆金属材の耐食性としての腐食進展速度を評価するものであり、前記導電部は、前記外部回路の一端側に設けられ且つ前記表面処理膜の表面上に当接可能なプローブであり、前記準備工程は、前記プローブを、該プローブの先端側に配置された腐食因子を介して前記表面処理膜の表面上に当接させる工程である。
腐食が発生した位置を中心としてプローブ位置を変化させると、腐食が進展している位置では、電流値が増加又は抵抗値が低下する一方、腐食が進展していない位置では、電流量が低下又は抵抗値が増加する。従って、腐食が発生した位置を中心としてプローブ位置を変化させることにより、腐食の進展度合いを観察することができ、腐食進展速度を算出できる。そうして、簡便な構成で信頼性の高い耐食性試験が可能となる。
以上述べたように、本開示によれば、被覆金属材に腐食因子を接触させると、表面処理膜内に腐食因子が浸透する。そして、表面処理膜に浸透した腐食因子が導電部と金属製基材の双方に到達すると、両者が電気的に短絡するとともに金属製基材の溶解反応が始まり腐食電流が流れ始める。すなわち、腐食電流が流れ始めたときが腐食の発生時、すなわち腐食抑制期間の終了時と考えられる。そして、腐食因子は表面処理膜にさらに浸透して広がっていく。金属製基材の溶解反応もさらに進行する。そうして、腐食電流の電流量が増加していく。これらの現象は、腐食が進展する過程を模擬的に作り出していると言える。従って、その電流量の増加過程を観測することにより、腐食進展速度を評価できる。そうして、簡便な構成で信頼性の高い耐食性試験が可能となる。
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
（実施形態１）
＜試験片＞
図１は、本開示の実施形態１に係る耐食性試験において使用される試験片１０の平面図である。図２は、試験片１０のＡ－Ａ線における断面図である。
＜試験片＞
図１は、本開示の実施形態１に係る耐食性試験において使用される試験片１０の平面図である。図２は、試験片１０のＡ－Ａ線における断面図である。
図１及び図２に示すように、試験片１０は、被覆金属材１と、導電部１３と、金属板１５（外部回路）と、配線１７（外部回路）と、電流計１９（電流検出手段）と、を備える。
試験片１０における被覆金属材１は、試験対象である自動車部品用の塗装金属材と同一仕様のものである。被覆金属材１は、鋼板２の表面に化成皮膜３が形成されてなる金属製基材と、該金属製基材に設けられた電着塗膜４（樹脂塗膜）を備える。試験片１０における被覆金属材１は、例えば試験対象箇所を構成する塗装金属材の一部を切り出してなるサンプル等である。
導電部１３は、電着塗膜４の表面上に鋼板２及び化成皮膜３と非接触状態で設けられた薄膜である。導電部１３は、鋼板２の主成分であるＦｅよりも標準電極電位が高い、すなわちＦｅよりも貴な材料からなる。導電部１３を構成する材料としては、さらにＦｅと化合物を形成しない材料であることが望ましい。そのような材料としては、具体的には例えば、Ａｇ、Ｃ（カーボン）、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ等が挙げられ、コスト性及びハンドリング性の観点から、Ａｇ、Ｃ（カーボン）を用いることが望ましい。
鋼板２と導電部１３とは、電着塗膜４により隔てられており、直接には接触していない一方、電流計１９を備えた配線１７により接続されている。配線１７の鋼板２側の先端は、鋼板２にハンダ付けされている。配線１７の導電部１３側の先端には、例えば鋼板、銅板等からなる金属板１５がハンダ付けされており、金属板１５が導電部１３に固定されている。
導電部１３は、所定幅Ｗを有し且つ互いに所定間隔Ｄを空けて並設された複数の線状パターン１３Ａと、これら複数の線状パターン１３Ａを接続するパッド部１３Ｃと、を備える。なお、図１では、隣り合う線状パターン１３Ａ間の間隙部分を符号１３Ｂで示している。
本構成によれば、後述する試験工程Ｓ４において、腐食が発生した位置を中心として腐食が進展したときに、腐食因子が到達した線状パターン１３Ａに順次電流が流れるようになる。すなわち、複数の線状パターン１３Ａの各々に腐食因子が到達するたびに、その線状パターンに流れ始めた電流が電流計１９により検出されるから、簡便な構成で腐食進展速度を精度よく算出できる。
線状パターン１３Ａの所定幅Ｗは、好ましくは０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。所定間隔Ｄは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。所定幅Ｗと所定間隔Ｄとは、同一サイズであってもよいし、異なるサイズであってもよい。
所定幅Ｗ及び所定間隔Ｄが０．５ｍｍ未満では、腐食因子が供給されたときに、隣り合う線状パターン１３Ａに同時に腐食因子が付着し、試験工程Ｓ４において、電流値の経時変化の検出及び腐食進展速度の算出が困難になるおそれがある。また、所定幅Ｗ及び所定間隔Ｄが５ｍｍを超えると、電流値の経時変化の検出に時間を要し、短時間での耐食性試験が困難となるおそれがある。
＜耐食性試験方法＞
図３に示すように、本実施形態に係る耐食性試験方法は、準備工程Ｓ１と、接続工程Ｓ２と、人工傷形成工程Ｓ３と、試験工程Ｓ４と、を備える。以下、各工程について説明する。
図３に示すように、本実施形態に係る耐食性試験方法は、準備工程Ｓ１と、接続工程Ｓ２と、人工傷形成工程Ｓ３と、試験工程Ｓ４と、を備える。以下、各工程について説明する。
－準備工程－
準備工程Ｓ１では、電着塗膜４の表面上に、鋼板２及び化成皮膜３と非接触状態で、導電部１３を形成する。
準備工程Ｓ１では、電着塗膜４の表面上に、鋼板２及び化成皮膜３と非接触状態で、導電部１３を形成する。
導電部１３の形成方法は、特に限定されるものではないが、例えば、インクジェット法、スクリーン印刷法、スプレー法、真空蒸着法、スパッタリング法、めっき法等の公知技術が挙げられる。導電部１３を簡便な方法で確実に形成する観点から、スクリーン印刷により形成することが望ましい。
－接続工程－
接続工程Ｓ２では、鋼板２と導電部１３とを、電流計１９を備えた配線１７で接続する。電流計１９は、鋼板２及び導電部１３間に流れる電流値を検出するためのものである。
接続工程Ｓ２では、鋼板２と導電部１３とを、電流計１９を備えた配線１７で接続する。電流計１９は、鋼板２及び導電部１３間に流れる電流値を検出するためのものである。
例えば図４に示すように、配線１７の導電部１３側の先端にはハンダ２３により、金属板１５が固定されている。導電部１３のパッド部１３Ｃに、導電ボンド２１を塗布し、その上に金属板１５を載置する。そして、導電ボンド２１の硬化条件に応じた加熱、乾燥等の処理を行い、導電ボンド２１を硬化させる。そうして、導電部１３のパッド部１３Ｃに金属板１５が固定され、配線１７は導電部１３に接続される。
導電部１３と配線１７との接続部分は十分に導通を確保する必要がある。しかしながら、導電部１３に直接配線１７の先端をハンダ付けすることは、導電部１３の損傷を招き、導通を確保できないおそれがある。本構成では、ある程度面積のある金属板１５と導電部１３とを導電ボンド２１を用いて接着固定させる。また、複数の線状パターン１３Ａを接続するパッド部１３Ｃに金属板１５を固定する。これにより、導電部１３の損傷を抑制しつつ、接続部分における十分な導通を確保できる。
なお、導電ボンド２１は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂にＡｇ、Ｃ（カーボン）等の導電性粉末を含んでなる導電性の接着剤であり、常温～１２０℃程度で硬化するものが望ましい。
また、図４の例では、導電ボンド２１を導電部１３に塗布しているが、金属板１５又は両方に塗布してもよい。
－人工傷形成工程－
人工傷形成工程Ｓ３では、図１及び図２に示すように、被覆金属材１に、導電部１３、電着塗膜４及び化成皮膜３を貫通して鋼板２に達する人工傷５を形成する。後述するように、人工傷５を形成することにより、腐食抑制期間終了時又はそれに近い状態を模擬的に再現でき、腐食進展速度の算出が容易となる。
人工傷形成工程Ｓ３では、図１及び図２に示すように、被覆金属材１に、導電部１３、電着塗膜４及び化成皮膜３を貫通して鋼板２に達する人工傷５を形成する。後述するように、人工傷５を形成することにより、腐食抑制期間終了時又はそれに近い状態を模擬的に再現でき、腐食進展速度の算出が容易となる。
人工傷５は、導電部１３が形成された領域であればいずれの位置に形成してもよいが、電着塗膜４の表面上において導電部１３が形成された領域の中央部に形成されることがより望ましい。具体的には例えば、図１では、複数の線状パターン１３Ａのうち、その幅方向における中央の線状パターン１３０上であって、その長さ方向における中央近傍に人工傷５は形成されている。このように、腐食の起点となる人工傷５を導電部１３が形成された領域の中央部に設けると、導電部１３が形成された領域全体を耐食性試験に利用できる。なお、本明細書において、「導電部１３が形成された領域の中央部」とは、完全に中央の位置及びその半径約１０ｍｍ程度の範囲の近傍を含む概念である。
人工傷５は、点状に形成されていることが望ましい。「点状」とは、平面視において円形、多角形等の形状であり、その最大幅と最小幅との比が２以下の形状であることをいう。
人工傷５を付ける道具の種類は特に問わないが、試験毎に人工傷５の大きさや深さにばらつきを生じないように、すなわち、定量的に傷を付ける観点から、例えば、自動傷付けポンチを用いる方法、ビッカース硬さ試験機を用いてその圧子により所定荷重で傷を付ける方法等が好ましい。
人工傷５の最大幅を人工傷５の径とすると、人工傷５の径は、好ましくは０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下（人工傷５の表面積は０．０１ｍｍ２以上２５ｍｍ２以下）、より好ましくは０．１５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、特に好ましくは０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることができる。人工傷５の径が０．１ｍｍ未満まで小さくなると、腐食で生じた錆により人工傷５が塞がれてしまい、腐食が進展しなくなるおそれがある。人工傷５の径が５ｍｍを超えると、鋼板２の露出部分が大きくなりすぎるため、鋼板２の溶解反応が主となり、腐食因子６の電着塗膜４内への浸透が進まなくなるおそれがある。
－試験工程－
試験工程Ｓ４は、被覆金属材１に腐食因子６を接触させることにより、被覆金属材１の耐食性を試験する工程である。具体的には例えば、被覆金属材１の人工傷５が形成された部分に腐食因子６を供給する。
試験工程Ｓ４は、被覆金属材１に腐食因子６を接触させることにより、被覆金属材１の耐食性を試験する工程である。具体的には例えば、被覆金属材１の人工傷５が形成された部分に腐食因子６を供給する。
本実施形態に係る耐食性試験において用いられる腐食因子６は、具体的には例えば水及び支持電解質を含有してなる含水電解質材料である。
支持電解質としては、具体的には例えば、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カルシウム、リン酸カルシウム、塩化カリウム、硝酸カリウム、酒石酸水素カリウム及び硫酸マグネシウムから選択される少なくとも一つの塩を採用することができる。支持電解質としては、特に好ましくは塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム及び塩化カルシウムから選択される少なくとも一つの塩を採用することができる。腐食因子６における支持電解質の含有量は、好ましくは１質量％以上２０質量％以下、より好ましくは３質量％以上１５質量％以下であること、特に好ましくは５質量％以上１０質量％以下である。
腐食因子６は、水及び支持電解質に加えて、粘土鉱物を含有してなる泥状物であってもよい。粘土鉱物は、腐食因子６を泥状にするとともに、電着塗膜４へのイオンの移動及び水の浸透を促進させ、腐食の進行を促す。粘土鉱物としては、例えば、層状ケイ酸塩鉱物又はゼオライトを採用することができる。層状ケイ酸塩鉱物としては、例えば、カオリナイト、モンモリロナイト、セリサイト、イライト、グローコナイト、クロライト及びタルクから選択される少なくとも一つを採用することができ、特に好ましくはカオリナイトを採用することができる。腐食因子における粘土鉱物の含有量は、好ましくは１質量％以上７０質量％以下、より好ましくは１０質量％以上５０質量％以下、特に好ましくは２０質量％以上３０質量％以下である。なお、腐食因子６が泥状物であることにより、電着塗膜４が水平になっていない場合でも、該電着塗膜４の表面に腐食因子６を配置できる。
腐食因子６は、水、支持電解質及び粘土鉱物以外の添加物を含有してもよい。このような添加物としては、具体的には例えばアセトン、エタノール、トルエン、メタノール等の有機溶剤が挙げられる。腐食因子６が有機溶剤を含有する場合は、有機溶剤の含有量は、水に対して体積比で５％以上６０％以下であることが好ましい。その体積比は、１０％以上４０％以下であること、２０％以上３０％以下であることがさらに好ましい。
図１及び図２に示すように、線状パターン１３０の人工傷５が形成された部分に腐食因子６を供給すると、人工傷５が形成された部分から腐食が開始する。具体的に、本例において、人工傷５は電着塗膜４及び化成皮膜３を貫通して鋼板２にまで到達しているから、腐食因子６は、人工傷５内に侵入し、鋼板２に到達する。そうして、矢印６Ｂで示すように、人工傷５の部分から電着塗膜４内への腐食因子６の浸透が促進される。また、腐食因子６が鋼板２と接触することにより、鋼板２の溶解反応（Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ－）も開始して腐食電流１８が流れ始める。このように、人工傷５を形成するとともに、人工傷５が形成された部分に腐食因子６を直接供給することにより、被覆金属材１の腐食過程のうち、腐食抑制期間終了時の状態を模擬的に作り出すことができる。
そして、線状パターン１３０の人工傷５の位置から、腐食因子６の浸透が進むと、線状パターン１３０の隣の線状パターン１３１に腐食因子６が到達する（図２中符号６１）。そうすると、腐食因子６により鋼板２と線状パターン１３１とが電気的に短絡するとともに鋼板２の溶解反応も進行するから、腐食電流１８の電流量が増加する。線状パターン１３０と線状パターン１３１とはパッド部１３Ｃにより接続されているから、腐食因子６が線状パターン１３１に到達したときに電流計１９により検出される電流値は、到達前の電流値に対する積算値として検出される。同様に、腐食因子６の浸透が進み、線状パターン１３２～１３５に順に到達すると（図２中符号６２～６５）、それに伴って腐食電流１８の電流量は順次増加する。そして、電流計１９により検出される電流値は、これまでに検出された電流値の積算値として検出されるから、最終的には階段状に増加する電流波形が得られる。
このような腐食因子６の電着塗膜４内への浸透の広がり及び鋼板２の溶解反応の進行は、腐食が進展する過程を模擬していると言える。従って、電流値の時間変化と、線状パターン１３Ａの所定幅Ｗ及び所定間隔Ｄと、に基づいて、腐食進展速度を精度よく算出することができる。
また、本構成では、人工傷５が形成された部分に腐食因子６を直接供給するから、人工傷５を起点とする腐食の進展をより確実に促進できる。そうして、より短時間で信頼性の高い耐食性試験が可能となる。
なお、試験工程Ｓ４として、以下のような試験を行ってもよい。すなわち、例えば図５に示すように、自動車２５の１つ又は複数の試験対象箇所（図例では、フェンダー２６、フロア下面２７及びリヤホイールハウス２８）に、当該箇所を構成する塗装金属材と同一仕様の被覆金属材１に上述の方法で導電部１３、配線１７及び人工傷５を設けてなる試験片１０を設置する。そうして、自動車２５がさらされる環境に対する被覆金属材１の耐食性を試験してもよい。本構成によれば、自動車２５の使用に伴う自動車各部の塗膜下の腐食環境強度を評価することができ、防錆構造の設計や塗膜の設計に有利になる。
＜実験例＞
以下、具体的な実験例について説明する。
以下、具体的な実験例について説明する。
まず、実験例の耐食性試験において使用する試験片１０を作製した。
被覆金属材１の仕様は以下の通りである。すなわち、金属製基材としては、鋼板２としてのＧＡの表面に化成皮膜３としてのリン酸亜鉛皮膜が形成されてなるものを用いた。なお、リン酸亜鉛皮膜の形成に係る化成処理時間は１２０秒であった。表面処理膜としては、エポキシ系樹脂からなる電着塗膜４が設けられたものを用いた。電着焼付条件は１５０℃、２０分、電着塗膜４の厚さは１０μｍであった。
上記被覆金属材１の電着塗膜４の表面上に、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷により図１に示す導電部１３を形成した。所定幅Ｗ及び所定間隔Ｄは、いずれも２ｍｍであった。また、導電部１３の厚さは５０μｍであった。
次に、配線１７を鋼板２及び導電部１３に接続した。鋼板２には、ハンダ付けにより配線１７の一端を固定した。配線１７の他端には、ＧＡの金属板１５をハンダ付けした。導電部１３のパッド部１３Ｃに市販のカーボン系の導電ボンド２１を塗布し、その上に金属板１５を配置し、常温で硬化させて、両者を固定した。
そして、ビッカース硬さ試験機を用いて、鋼板２に達する人工傷５を付与した。人工傷５の径は、１ｍｍであった。
試験片１０の人工傷５を形成した位置に、腐食因子６としての模擬泥を載置し、温度５０℃、湿度９８％の条件で耐食性試験を行った。模擬泥は、水１．２Ｌに対し、支持電解質としての塩化ナトリウム５０ｇ、塩化カルシウム５０ｇ、及び硫酸ナトリウム５０ｇ、並びに、粘土鉱物としてのカオリナイト１０００ｇを混合させてなるものである。
図６は、耐食性試験後の試験片１０の表面のデジタル顕微鏡像である。また、図７は、実験例の耐食性試験における電流値の結果を示すグラフである。図６に示すＥ１～Ｅ５の画像は、全て同一の画像であり、耐食性試験後に模擬泥を除去した状態の試験片１０の表面を撮影したものである。これらの画像内に、白線で腐食の進展の過程を示しており、Ｅ１～Ｅ５の符号は、図７に示すＥ１～Ｅ５の符号に対応している。
図６のＥ１に示すように、導電部１３が形成された領域の中央部に人工傷５を形成し、模擬泥を供給すると、図７のＥ１で示すように、電流値が増加する。これは、人工傷５が形成された部分で腐食が発生し、当該部分の線状パターンに電流が流れたことを示している。
次に、図６のＥ２に示すように、腐食が発生した部分の線状パターンの隣に位置する線状パターンにまで腐食が進展すると、図７のＥ２で示すように、さらに電流値が増加する。同様に、図６のＥ３～Ｅ５に示すように、さらに腐食が進展してより外側の線状パターンに腐食が到達すると、図７のＥ３～Ｅ５で示すように、階段状に電流値が増加していく。
例えば、図６及び図７のＥ３のデータに基づいて、腐食進展速度を算出する。図６から、Ｅ３は、人工傷５が形成された線状パターン１３Ａの２つ隣の線状パターン１３Ａに腐食が到達したことを示す。そうすると、所定幅Ｄ及び所定間隔Ｄはいずれも２ｍｍであるから、Ｅ３における人工傷５から腐食が到達した位置までの距離は約８ｍｍと算出できる。そして、最初に電流値が増加したＥ１の時刻（約２００分）とＥ３の時刻（約１１００分）から、腐食が発生してからＥ３の位置に腐食が到達するまでに要した時間は、約１５時間（１１００分－２００分＝９００分）と算出できる。これらの情報から、腐食進展速度は、約０．５ｍｍ／時間と算出できる。このようにして、腐食の開始から任意の線状パターンに腐食が到達したときの電流値の時間変化と、線状パターン１３Ａの所定幅Ｗ及び所定間隔Ｄと、に基づいて、腐食進展速度を算出できる。
（実施形態２）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
実施形態１では、導電部１３の複数の線状パターン１３Ａはパッド部１３Ｃにより互いに接続されている構成であったが、当該構成に限られない。図８に示すように、複数の線状パターン１３Ａは、電着塗膜４の表面上において互いに非導通状態に形成されてもよい。
具体的に、図８の例では、４本の線状パターン１３Ａが形成されている。試験片１０は、線状パターン１３Ａの各々と、鋼板２と、を接続する４本の配線１７を有している。４本の配線１７の各々の導電部１３側の先端には、それぞれ金属板１５がハンダ付けされており、当該金属板１５の各々が線状パターン１３Ａの各々と接続されている。
そして、人工傷５は、図８に示す４本の線状パターン１３Ａのうち、内側の２本の線状パターン１３１間の間隙部分１３Ｂに形成されている。この場合、人工傷５が形成された部分に腐食因子６を供給すると、供給直後は、電流計１９により電流値はほとんど検出されない。そして、人工傷５が形成された部分を起点として腐食が進行し、符号６１で示す位置まで腐食が進行した状態では、線状パターン１３１に電流が流れる。さらに、符号６２で示す位置まで腐食が進行した状態では、線状パターン１３２に電流が流れる。
図８の例では、４本の線状パターン１３Ａは互いに非導通状態であるから、腐食が進展して、線状パターン１３Ａの各々に流れる電流を個別に検出できる。これにより、線状パターン１３Ａの各々に流れる電流値を精度よく計測できるから、腐食進展速度の算出精度が向上する。
なお、接続工程Ｓ２を簡素化させる観点からは、複数の線状パターン１３Ａの各々と鋼板２とを配線１７で接続する必要がない実施形態１の構成が望ましい。
（実施形態３）
上記実施形態では、導電部１３は、複数の線状パターンとして、直線形状のパターンを有していたが、当該構成に限られない。図９に示すように、複数の線状パターンは、曲線であってもよい。図９の例では、導電部１３の中央間隙部１３Ｄに人工傷５を形成して、耐食性試験を行えばよい。
上記実施形態では、導電部１３は、複数の線状パターンとして、直線形状のパターンを有していたが、当該構成に限られない。図９に示すように、複数の線状パターンは、曲線であってもよい。図９の例では、導電部１３の中央間隙部１３Ｄに人工傷５を形成して、耐食性試験を行えばよい。
（実施形態４）
上記実施形態では、導電部１３は、電着塗膜４の表面上に形成された薄膜であったが、当該構成に限られない。
上記実施形態では、導電部１３は、電着塗膜４の表面上に形成された薄膜であったが、当該構成に限られない。
具体的には例えば、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、試験片１０の導電部１３は、配線１７の電着塗膜４側（一端側）に設けられ且つ電着塗膜４の表面上に当接可能なプローブ１３Ｅであってもよい。この場合、配線１７は、電流計１９の代わりに、通電手段１６を備える。通電手段１６は、電着塗膜４の表面と鋼板２との間に電圧を印加する電源手段としての役割を担うとともに、両者間に流れる電流を検出する電流検出手段としての役割も担う。通電手段１６としては、具体的には例えば、電圧／電流の印加法として制御可能なポテンショ／ガルバノスタット等を使用することができる。
配線１７とプローブ１３Ｅとの接続は、上記実施形態の方法を用いてもよいし、ハンダ付けしてもよい。なお、本実施形態では、接続工程Ｓ２は、準備工程Ｓ１よりも前に行うことになる。
本実施形態において、準備工程Ｓ１では、プローブ１３Ｅを、電着塗膜４の表面上に当接させる。このとき、プローブ１３Ｅの先端に、腐食因子６を付着させた状態で、当該先端を電着塗膜４の表面上に当接させることが望ましい。プローブ１３Ｅの先端に腐食因子６を配置することにより、プローブ１３Ｅ及び電着塗膜４間の接触抵抗を低減できる。
人工傷５を形成するとともに腐食因子６を供給して腐食を発生させると、人工傷５に侵入した腐食因子６は、人工傷５周辺の電着塗膜４内へ浸透していく（図１０（ｂ）中符号６０）。通電手段１６により所定の電圧を印加しつつ、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）中白抜き矢印で示すように、腐食が発生した位置を中心としてプローブ１３Ｅの位置を変化させると、腐食が進展している位置では、電流値が増加する、すなわち図１０（ｃ）のグラフに示すように、抵抗値が低下する。一方、腐食が進展していない位置では、電流値が低下、すなわち抵抗値が増加する。従って、通電手段１６により所定の電圧を印加するとともに、腐食が発生した位置を中心としてプローブ位置を変化させることにより、腐食の進展度合いを観察することができ、腐食進展速度を算出できる。そうして、簡便な構成で信頼性の高い耐食性試験が可能となる。
（その他の実施形態）
上記実施形態では、導電部１３、電着塗膜４及び化成皮膜３を貫通して鋼板２に達する人工傷５を形成する構成であったが、鋼板２にまで達する人工傷５でなくてもよい。また、人工傷５を形成しなくてもよい。この場合、電着塗膜４に浸透した腐食因子６が導電部１３と鋼板２の双方に到達して、両者が電気的に短絡し、腐食電流１８が流れ始めたときが腐食の発生時、すなわち腐食抑制期間の終了時と考えられる。従って、最初に腐食が発生した部分を起点として腐食を進展させ、腐食進展速度を算出することになる。なお、所望の位置を起点として腐食を促進させる観点からは、人工傷５を形成する方が望ましい。
上記実施形態では、導電部１３、電着塗膜４及び化成皮膜３を貫通して鋼板２に達する人工傷５を形成する構成であったが、鋼板２にまで達する人工傷５でなくてもよい。また、人工傷５を形成しなくてもよい。この場合、電着塗膜４に浸透した腐食因子６が導電部１３と鋼板２の双方に到達して、両者が電気的に短絡し、腐食電流１８が流れ始めたときが腐食の発生時、すなわち腐食抑制期間の終了時と考えられる。従って、最初に腐食が発生した部分を起点として腐食を進展させ、腐食進展速度を算出することになる。なお、所望の位置を起点として腐食を促進させる観点からは、人工傷５を形成する方が望ましい。
また、人工傷５の代わりに自然傷を利用してもよい。この場合、例えば図１、図８、図９において、人工傷５の代わりに自然傷を利用すればよい。具体的には、自然傷を備えた被覆金属材１の表面上に、自然傷がこれらの図の人工傷５の位置に配置されるように導電部１３を形成すればよい。試験工程Ｓ４で、自然傷に腐食因子６を供給すれば、腐食の進展に伴う電流値の増加を検出でき、腐食進展速度を算出できる。なお、図１０の例においても、人工傷５の代わりに自然傷を利用するようにしてもよい。
配線１７の鋼板２及び導電部１３への接続方法は上記実施形態の構成に限られず、接続部分の導通を十分に確保できれば、公知の他の方法を用いてもよい。
上記実施形態では、表面処理膜として電着塗膜４を備えた構成であったが、被覆金属材１は、表面処理膜として二層以上の多層膜を備えた構成とすることができる。具体的には例えば、電着塗膜４に加え、該電着塗膜４表面上に中塗り塗膜を備えた構成、若しくは該中塗り塗膜上にさらに上塗り塗膜等を備えた構成の多層膜とすることができる。
中塗り塗膜は、被覆金属材１の仕上り性と耐チッピング性を確保するとともに、電着塗膜４と上塗り塗膜との密着性を向上させる役割を有する。また、上塗り塗膜は、被覆金属材１の色、仕上り性及び耐候性を確保するものである。これらの塗膜は、具体的には例えば、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、アルキド等の基体樹脂と、メラミン樹脂、尿素樹脂、ポリイソシアネート化合物（ブロック体も含む）等の架橋剤とからなる塗料等により形成することができる。
本構成によれば、例えば自動車部材の製造工程等において、塗装工程毎に製造ラインから部品を取り出し、塗膜の品質等を確認することができる。
また、上記実施形態では、腐食因子６は電着塗膜４への水の浸透を促す機能を有する成分として粘土鉱物を含み得る構成であったが、同様の機能を有する成分であれば粘土鉱物以外の物質を含んでもよい。具体的には例えば、腐食因子６は、アセトン、エタノール、トルエン、メタノール等の溶剤、塗膜の濡れ性を向上させるような物質等を含んでもよい。
本開示は、金属製基材に表面処理膜が設けられてなる被覆金属材における表面処理膜下の腐食環境強度を簡便な構成で高い信頼性をもって評価できる耐食性試験方法をもたらすことができるので、極めて有用である。
１ 被覆金属材
２ 鋼板（金属製基材）
３ 化成皮膜（金属製基材）
４ 電着塗膜（表面処理膜）
５ 人工傷
６ 腐食因子
１０ 試験片
１３ 導電部
１３Ａ 複数の線状パターン
１３Ｂ 間隙部分
１３Ｃ パッド部
１３Ｅ プローブ（導電部）
１５ 金属板（外部回路）
１６ 通電手段（電流検出手段）
１７ 配線（外部回路）
１８ 腐食電流
１９ 電流計（電流検出手段）
２１ 導電ボンド
２３ ハンダ
２５ 自動車
Ｓ１ 準備工程
Ｓ２ 接続工程
Ｓ３ 人工傷形成工程
Ｓ４ 試験工程
２ 鋼板（金属製基材）
３ 化成皮膜（金属製基材）
４ 電着塗膜（表面処理膜）
５ 人工傷
６ 腐食因子
１０ 試験片
１３ 導電部
１３Ａ 複数の線状パターン
１３Ｂ 間隙部分
１３Ｃ パッド部
１３Ｅ プローブ（導電部）
１５ 金属板（外部回路）
１６ 通電手段（電流検出手段）
１７ 配線（外部回路）
１８ 腐食電流
１９ 電流計（電流検出手段）
２１ 導電ボンド
２３ ハンダ
２５ 自動車
Ｓ１ 準備工程
Ｓ２ 接続工程
Ｓ３ 人工傷形成工程
Ｓ４ 試験工程
Claims (11)
- 金属製基材に表面処理膜が設けられてなる被覆金属材の耐食性試験方法であって、
前記表面処理膜の表面上に、前記金属製基材と非接触状態で、前記金属製基材よりも標準電極電位が高い材料からなる導電部を配置する準備工程と、
前記金属製基材と前記導電部とを、電流検出手段を備えた外部回路を介して接続させる接続工程と、
前記被覆金属材に、前記表面処理膜を貫通して前記金属製基材に達する人工傷を形成する人工傷形成工程と、
前記被覆金属材に腐食因子を接触させることにより、前記被覆金属材の耐食性を試験する試験工程と、を備え、
前記準備工程で、前記表面処理膜の表面上に、前記導電部として、所定幅を有し且つ互いに所定間隔を空けて並設された複数の線状パターンを備えた薄膜を形成し、
前記試験工程で、前記表面処理膜内に浸透した前記腐食因子により前記金属製基材と前記導電部とが電気的に短絡して流れる腐食電流に基づいて、前記被覆金属材の耐食性としての腐食進展速度を評価する
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１において、
前記所定幅は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記所定間隔は、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１又は請求項２において、
前記導電部は、前記複数の線状パターンを接続するパッド部を備え、
前記接続工程で、前記外部回路は、前記導電部における前記パッド部に接続される
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項３において、
前記試験工程で、前記電流検出手段により検出された電流値の時間変化と、前記所定幅及び前記所定間隔と、に基づいて、前記腐食進展速度を算出する
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１又は請求項２において、
前記複数の線状パターンは、前記表面処理膜の表面上において互いに非導通状態に形成され、
前記外部回路は、前記複数の線状パターンの各々と、前記金属製基材と、を接続する複数の配線を備える
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１～５のいずれか１つにおいて、
前記外部回路は、配線と、該配線の先端側にハンダ付けされた金属板と、を備え、
前記接続工程で、前記金属板と前記導電部とを導電ボンドを介して固定することにより、前記導電部と前記外部回路とを接続する
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１～６のいずれか１つにおいて、
前記人工傷は、前記表面処理膜の表面上における前記導電部が形成された領域の中央部に形成される
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１～７のいずれか１つにおいて、
前記試験工程で、前記人工傷が形成された部分に前記腐食因子を供給する
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１～８のいずれか１つにおいて、
前記準備工程で、スクリーン印刷により前記導電部を形成する
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１～９のいずれか１つにおいて、
前記被覆金属材は、前記金属製基材に前記表面処理膜として樹脂塗膜が設けられてなる自動車部品用の塗装金属材である
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。 - 請求項１０において、
自動車の試験対象箇所に、当該箇所を構成する塗装金属材と同一仕様の被覆金属材に前記導電部及び前記外部回路を設けてなる試験片を配置し、前記自動車がさらされる環境に対する前記被覆金属材の耐食性を試験する
ことを特徴とする被覆金属材の耐食性試験方法。
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| JP2020094881A (ja) | 2018-12-11 | 2020-06-18 | マツダ株式会社 | 被覆金属材の耐食性試験方法 |
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