JPH0658319B2 - 認可工業基準に従って腐食をモニタ及び報告する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、腐食をモニタする方法および装置に関し、特
に、温度や湿度などの雰囲気条件における変化を考慮
し、腐食厚さの認可工業基準に基づいて腐食を報告する
方法に関する。

背景技術 金属を含む装置や構造の多くは腐食性雰囲気中で用いら
れ、経時的劣化が起きる。腐食は、空気中の酸素との反
応から生じる金属酸化物の形、あるいは、硫化水素な
ど、工業プロセスの廃液で形成される化合物である。

たとえば、電子産業においては、すべての保証修理作業
の約３分の１が腐食に起因するものである。したがっ
て、腐食を正確にモニタしその広がりを防ぐために適切
な手段を施すことは、産業界にとってきわめて重要なこ
とである。

腐食をモニタする標準的な方法は、いわゆる「クーポ
ン」法などの反応モニタ手順を用いて実施されていた。
この方法のもとでは、モニタ対象の環境内に銅片を配置
する。クーポンは、約１００オングストロームの酸化銅
の初期腐食厚さを持っている。環境内で一定期間（通常
は３０日程度）が経過した後、公知の複合電量還元法を
用いて銅片すなわちクーポン上の腐食形成厚さの変化を
測定する。

ノースカロライナ州リサーチ・トライアングル・パーク
のアメリカ計器学会（ＩＳＡ）により定められたＩＳＡ
−Ｓ７１．０４−１９８５などの認可基準を用いて、こ
の厚さの変化を、指定された期間に対して算出する。オ
ハイオ州のバッテルズ・オブ・コロンブスなどの他の機
構もまた、ＩＳＡ基準と同様に、反応モニタ技術に基づ
く基準を開発している。このような基準を用いて、任意
の日数が経過した後の腐食形成から、環境における週単
位、月単位、年単位での腐食形成を算出する。電子産業
において、このような情報は、装置の信頼性および推定
寿命を決定する上で必須のものである。これは、製品保
証の範囲や期間、特に、装置が腐食性環境において使用
される場合の保証範囲の限定に影響する。クーポンを用
いて腐食をモニタする反応モニタ方法は、１９８５年の
ＩＳＡ刊行物「環境条件およびプロセス測定制御システ
ム：空中汚染物質（Environmental Conditions and Pro
cess Measurement and Control Systems:Airborne Cont
aminants）」および雑誌「試験と評価(Journal of Test
ing and Evaluation)」第１７巻第６号、１９８９年１
１月、３５７〜３６７ページに掲載されたクルムバイ
ン、ニューウェル、パスクッチの「金属サンプルの電量
還元による環境試験のモニタ（Monitoring Environment
al Tests by Coulometric Reduction of Metallic Cont
rol Samples）」に詳述されている。これらは参考文献
としてここに引用するものである。ところで、銅、銀、
ニッケルはすべて電気回路の一部であるが、ＩＳＡ基準
で扱われている金属は銅のみである。したがって、銅に
加えて、他の腐食性金属を含む電気回路の腐食をモニタ
することが求められている。ここで、腐食性金属には、
すべての腐食性金属に加えて、金を被覆した腐食性金属
が含まれる。腐食性金属の例としては、銅、銀、ニッケ
ル、これらの薄層が挙げられ、金で被覆してあってもな
くてもよい。なお、腐食性金属はこれらの例に限定され
るものではない。

しかしながら、反応モニタクーポン法の大きな欠点は、
測定が破壊的性質をもつことである。いったん、クーポ
ン上の腐食厚さを測定すると、クーポンを廃棄しなけれ
ばならず、所望の期間に対して測定を算出できるとはい
え、以後の実際の腐食測定には新たなクーポンが必要と
なる。したがって、認められた反応モニタ基準を用いて
腐食を測定するための非破壊的方法を提供することが求
められている。

上記の問題を解決するひとつの方法は、腐食形成を周波
数変化を用いて測定することである。このような方法
は、リューおよびチャンデルナの「圧電性水晶微量天秤
の応用(APPLICATIONS OF PIEZOELECTRIC QUARTZ CRYSTA
L MICROBALANCES)」（１９８４年エルゼビル社発行）２
０３〜２０５ページ、および、電気化学学会誌１２４号
（１９７７年５月、１７４４〜１７４７ページ）に掲載
されたリー、ジーグマン、エルドリッジの「薄膜腐食作
用の検査のための質量および抵抗変化技術の比較(A com
parison of the Mass and Resistance Change Techniqu
es for Investigating Thin Film Corrosion Kinetic
s)」などの文献に開示されている。これらは参考文献と
してここに引用するものである。腐食の分析に圧電性結
晶を用いることは、やはり参考文献としてここに引用す
るヘイガーらの米国特許第４，７８３，９８７号にも開
示されている。これらの参考文献は、水晶微量天秤（Ｑ
ＣＭ）を発振器に取りつけ、ＱＣＭの振動周波数を測定
することを述べている。水晶上に積層した金属が時間の
経過とともに腐食されるにつれ、ＱＣＭの周波数が変化
する。このように、周波数変化を用いて腐食の表示を行
なうことができる。

ＱＣＭの周波数変化を測定する方法では、腐食のリアル
タイム測定が可能となる。反応モニタクーポン法では腐
食厚さを測定するたびに新しいきれいなクーポンが必要
となる。周波数測定は、これとは異なり、ＱＣＭを破壊
することなく、腐食の蓄積が続くあいだ何度も繰り返し
て行なうことができる。しかしながら、周波数変化の表
示は、厚さを用いて示されている腐食測定の認可工業基
準に基づく仕様書とは比較することができないという問
題がある。

ところで、ＩＳＡ基準にしたがって作成された反応モニ
タクーポンの表面は、被覆結晶の表面とはまったく異な
っている。ＩＳＡ基準によれば、クーポンすなわち金属
片に紙やすりをかけることあるいは研磨処理を施すこと
が要求されている。このようにしてクーポンは、腐食性
雰囲気に対して粗表面を露出している。反対に、被覆結
晶上の金属層は真空蒸着により光輝性の滑らかな表面に
形成されている。腐食の発生は、そのような表面の性質
の違いにより異なる。したがって、結晶の振動周波数変
化により検出される被覆結晶上の腐食と、基準による反
応モニタ手順にしたがって作成された新しいきれいなク
ーポン上に同じ条件下で発生するはずの腐食との相関関
係を見いだすことは、簡単なことではなく、自明のこと
でもない。

リトラーの米国特許第３，２５３，２１９号には、圧電
性結晶を用いて、結晶に接着したビニルアセテートレジ
ンなどの試験サンプルの経時的な厚さ減少を測定するこ
とが開示されている。サンプルの厚さが減少するにつ
れ、結晶の振動周波数は増加する。３．５ＭＨｚの発振
周波数を有する結晶を用いた場合、１Åの厚さ減少は１
Ｈｚの周波数増加に相当すると言える。しかしながら、
リトラー特許は電子産業界の関心事である金属の腐食に
ついては触れていない。われわれの実験によれば、プラ
スチックの腐食厚さの変化に関するリトラー特許の開示
は、振動結晶上に積層した金属の腐食に対しては成立し
ないことがわかった。そこで、反応モニタについての認
可基準を用いて腐食測定を報告することのできる、圧電
性結晶を用いた腐食モニタ方法が求められている。さら
に、リトラー特許には、腐食の圧さをモニタしたり、出
力したり、表示したりする手段の示唆あるいは開示は見
られない。また、リトラー特許は、腐食の形成を正確に
モニタする能力に対する気温や相対湿度などの雰囲気要
因の影響にも言及していない。

さらに参考として挙げるファラトの米国特許第４，８６
９，８７４号には、実際の諸条件を予め定められた限界
と比較することにより、温度、圧力、湿度などの雰囲気
条件を考慮して、腐食を測定する装置が開示されてい
る。しかしながら、ファラト特許では、正確かつ有用な
結果を得るためには通常約６ケ月程度の長期間にわたる
モニタが必要となる。したがって、温度および湿度など
の雰囲気条件を考慮し、正確で有用なデータを、必要に
応じて毎日のように頻繁に提供できる腐食モニタ方法を
提供することが求められていた。

発明の概要 本発明は上述した従来の要求を満足するものである。お
おまかにいえば、本発明は、圧電性結晶を用いて腐食を
モニタし工業基準に従うものとみなされる示標を用いて
腐食を警告するための方法および装置を提供するもので
ある。

一般的に言えば、本発明によれば、腐食性雰囲気におけ
る腐食をモニタするための方法および装置において、腐
食性金属物質で被覆され既知の振動周波数を有する結晶
を上記雰囲気中で励振するステップと、最初の期間およ
び少なくとも１つ以上の以降の測定期間を含む複数個の
期間の各々について、上記腐食性金属物質の腐食に起因
する振動周波数の変化を計測するステップと、基準に定
められた反応モニタ手順を用いた場合に上記測定期間に
蓄積されるはずの腐食厚さを表わす厚さ信号を発生する
ステップとを含む腐食をモニタするための方法および上
記方法を実行するための装置を提供するものである。

好ましい実施例において、本発明は、さらに、予め定め
られた基準温度に対する雰囲気温度の偏差を補償するた
め、各測定期間中に測定された周波数変化を補正するス
テップを含む。このように、厚さ信号は、好ましくは、
温度補正された周波数変化に基づき、ＩＳＡまたはその
他の報告基準にしたがって腐食厚さを表示する。必要に
応じ、基準による反応モニタ手順を用いた場合に上記測
定期間中に蓄積されたはずの腐食厚さを表示する値への
変換に先立って、測定期間における腐食厚さを表示する
中間厚さ信号を発生させてもよい。

このようにして、腐食を表わす中間厚さ信号は、好まし
くは、測定期間における周波数変化の温度補正値に、周
波数変化を厚さ値に変換するために必要な所定の係数を
乗算することにより生成される。このようにして、任意
の期間についての被覆結晶上の腐食を決定することがで
きるが、基準による反応モニタ手順に対する相関関係を
完全なものとするには、任意の期間の中間腐食厚さ値を
さらに変換して、ある指定期間の開始時に、基準にした
がって作成された新しいきれいな反応モニタクーポン
を、当該指定期間の腐食をモニタするために用いた場合
に得られるはずの腐食厚さを表わす値としなければなら
ない。

本発明は、さらに、好ましくは、湿度センサを含む。湿
度センサは、相対湿度が予め定められた限界値を越えた
場合、あるいは、ある期間内における相対湿度の増加分
が予め定められた限界値を越えた場合、ユーザーに警報
を発するための起動部として機能する。

本発明はさらに、厚さ信号、温度、相対湿度を表示する
ステップを含む。このような出力を、デジタルメモリや
グラフ記録装置などの他の装置に送ってもよい。これら
もまた、ユーザに対する警報を起動するために用いるこ
とができる。

本発明の好ましい実施例において、ペンシルバニア州マ
ウント・ホーリー・スプリングスのマッコイ・エレクト
ロニクス社製造の「ホルダーシリーズＷ−８」などの台
座におさめた６ＭＨｚの「ＡＴカット」水晶などの圧電
性結晶が、上記の腐食性金属で被覆されている。被覆結
晶は三叉スタンドに搭載され、オーブンで乾燥され、洗
浄される。塩素化融剤溶液で洗浄し、蒸留水ですすぎ、
アルコールで煮沸することにより、被覆結晶をホルダー
内で保管するあいだに被着した不要な被覆が取り除かれ
る。適当な融剤としては、ジョージア州アトランタのア
ルファ・メタル社により製造されるフラックス・ソリュ
ーション７０９がある。好ましくは、被覆結晶を不活性
気体で包み、モニタ装置の使用準備が整うまでは周囲空
気から遮断しておく。つぎに、ＱＣＭを腐食性雰囲気中
に配置するが、発振器への接続は腐食性雰囲気中への配
置の前後に行なうことができる。腐食性金属の腐食が進
むにつれ、ＱＣＭの振動周波数は減少する。周波数測定
値はつぎに、後述する方法により決定される係数を用い
て、所望の腐食厚さ基準に対応する厚さ値に変換され
る。

本発明による腐食モニタ装置は、工業プロセス計測制御
室、モーター制御中枢、電気室、半導体クリーンルー
ム、電子機器製造工場、商業的データセンサ、博物館、
図書館、文書保管室などの環境に適用することができ
る。さらに、本発明は、このような空間の環境を保護す
るために用いられる濾過媒体の消耗度をチェックするの
にも有用である。

したがって、本発明の目的は、被覆圧電結晶を用いて腐
食をモニタし工業基準による反応モニタ手順に従うもの
とみなされる示標を用いて腐食を報告する装置を提供す
ることである。

本発明の別の目的は、被覆圧電結晶を用いて腐食をモニ
タし工業基準に従うものとみなされる示標を用いて腐食
を報告する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、腐食性金属サンプルから得られた
周波数計測値を、腐食測定の工業基準にしたがう厚さ値
に変換する方法および装置を提供することである。

本発明のさらなる目的は、所定の基準温度からの温度偏
差を補償するために、腐食性金属で被覆した振動結晶の
周波数変化測定値を補正するための方法および装置を提
供することである。

本発明の別の目的は、任意の期間の腐食厚さ変化に対応
する信号を発生し、且つ、この信号を変換して、各期間
の開始に際して新しいきれいなサンプルを必要とする工
業反応モニタ基準に対応させることのできる方法および
装置を提供することである。

本発明の別の目的は、相対湿度に関するある雰囲気条件
が、腐食性雰囲気における腐食の一因となるかどうかを
判定し、そうであれば、そのような条件を使用者に通報
するアラーム信号を発生する方法および装置を提供する
ことである。

本発明のこれらの目的ならびにその他の目的、特徴、利
点は以下に述べる実施例の詳細な説明により、また添付
図面と請求の範囲を参照することにより、より一層明確
に理解される。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の実施例による腐食モニタ装置の概略
構成図である。

第２Ａ図および第２Ｂ図は、本発明の実施例による腐食
モニタ方法を示すフローチャートである。

第３図は、本発明の好ましい実施例における、プレート
水晶とその上に被覆した金属物質の種々の層の断面図で
ある。

第４図は第３図に示した水晶の斜視図である。

第５図は、累積腐食データに関する、本発明の好ましい
実施例による結果のグラフである。

第６図は、一日を単位期間とした、腐食増分データに関
する、本発明の好ましい実施例による結果のグラフであ
る。

好ましい実施例の詳細 図面において、同一部分には同一符号が各図に共通して
付されている。第１図には、本発明の実施例による腐食
モニタ装置１０が示されている。１つ以上の被覆水晶１
５が発振器２０にとりつけられている。発振器２０は、
被覆結晶１５の振動を励起し、被覆結晶の振動に対応す
る信号パルスを出力する。発振器出力は、増幅器とバッ
ファを含むブリッジ２５を介して、カウンタ４０に供給
される。バッファは、発振器がカウンタ４０の負荷によ
る影響を受けるのを防ぐものである。増幅器は発振器２
０のディジタル出力を増幅し、カウンタ４０に対して適
当な出力を提供する。カウンタ４０は発振器からのパル
スを計数し、被覆結晶１５上に積層した金属物質の腐食
に起因する周波数変化として、被覆結晶の周波数を決定
する。

第３図および第４図は、被覆水晶１５の好ましい実施例
を示す。約３０Å厚のクロミウム層１６が、結晶１５の
上面および下面の両方に接合または蒸着されている。つ
ぎに、腐食性金属物質１８の層が、クロミウム層のそれ
ぞれに接合または蒸着される。金属物質１８の厚さは、
後述する例で述べるとおり、用いられる物質の種類に依
存する。クロミウム１６は、腐食性金属１８を結晶１５
に接合する役割を果たすものである。第１図の概略構成
図に示される発振器２０は、導線１９により、腐食性金
属物質１８の層に接続される。結晶１５の構造、設置、
洗浄、励振には、ＱＣＭ分野において公知の技術が用い
られる。好ましい例は先に述べたとおりである。

好ましい結晶搭載構造を第１図に示す。第３図および第
４図の被覆結晶１５が１つ以上、ケース２１の下方に支
持されている。導線１９は、すずメッキ鋼皿２１に設け
た開口を通って上方に延びてケース内に至り、電気回路
に接続される。導線１９は鋼皿にエポキシ２３を用いて
植え込まれている。好ましくは、結晶１５の被覆面を下
向きにして、塵埃の過剰な蓄積を防ぐ。保護ケージ２２
を結晶構造の周囲に設け、結晶やその被覆面との偶発的
接触を防ぐようにしてもよい。しかしながら、ケージ２
２は、被覆結晶を通過する周囲空気の流れを大きく妨げ
るものであってはならない。１つのモニタ装置１０に多
数の被覆結晶を用い、それぞれ異なる腐食性金属１８を
付帯させるようにしてもよい。

各被覆結晶１５の周波数は、結晶上に積層した金属面が
腐食するにつれて減少し、カウンタ４０に出力される。
カウンタ４０は、腐食性雰囲気にさらす前の被覆結晶の
本来周波数においてカウンタ出力をゼロにするための従
来の回路要素（図示せず）を含んでいる。したがって、
カウンタ４０からの出力は、腐食により生じた被覆結晶
の周波数変化を表わしている。腐食性雰囲気の温度は温
度センサ５５により検知される。腐食性雰囲気の相対湿
度は湿度センサ５８により検知される。好ましくは、温
度センサとして、ナショナル・セミコンダクター社のモ
デルＬＭ３５などの従来設計のものを用いる。湿度セン
サには、好ましくは、パナメトリックス社製造のミニキ
ャップ２モデルなどの従来設計のものが用いられる。カ
ウンタ４０、温度センサ５５、湿度センサ５８は、プロ
グラマブル変換回路５０に出力信号を送る。変換器５０
は、好ましくは、８．３８８６ＭＨｚで動作するプログ
ラマブル８０Ｃ３１型マイクロプロセッサである。

第２図に詳細に示され、且つ、後述するように、変換回
路５０において、多数の変換ステップが発生する。カウ
ンタ４０からの周波数入力は、所定の基準温度からの偏
差を考慮して補正される。変換器５０は、周波数をアナ
ログ電圧またはアナログ電流信号に変換する。つぎに、
周波数変化を示す電圧または電流信号をさらに変換する
ことにより、清浄な腐食性表面を用いて測定を開始した
場合に相当する腐食厚さのＩＳＡ基準に対応する腐食厚
さ測定値をÅ単位で提供する。これは、周波数信号に、
結晶１５上の腐食性金属の種類、結晶の性質、温度に応
じた適当な係数を適用することにより実現される。変換
に用いられる係数の決定については後述する。さらに、
もし相対湿度がある所定限界を越えた場合、もしくは、
相対湿度が所定の変化量以上に変化した場合には、適当
な信号が発せされる。

最終的な腐食厚さ値が得られると、この値は、好ましく
は、従来構造をもちアナログ入力により駆動される、３
つの別々の記憶表示媒体に出力される。腐食厚さ値は、
周波数変化信号および周波数変化に対応する電圧／電流
信号とともに、変換器５０からチャート記録器などの記
録装置７０に出力される。これら３つの値は、従来の表
示駆動部８５により調整されたのち、ＬＥＤまたはＬＣ
Ｄ表示部８０に表示される。温度センサおよび湿度セン
サからの出力信号は、周波数の形をとり、変換器により
温度および湿度値に変換され、表示部８０に表示され
る。最後に、Å単位の腐食厚さ値が、従来のマイクロプ
ロセッサ９０のメモリ内に格納され、マイクロプロセッ
サで分析されディジタルグラフ表示部用に調整される。
つぎに、腐食厚さは、表示駆動部９５により駆動される
ディジタルグラフ表示モニタ１００上に、ある単位期間
に対する腐食厚さの形で、グラフ表示される。システム
により決定されるすべての値は、ＲＳ４８５シリアル出
力ポート（図示せず）を介して遠隔コンピュータに送ら
れる。

必要に応じて適当な変圧器を備えた電源９９が、導線
（図示せず）により各種構成部品に接続されている。第
１図に示された電子部品や回路の仕様は当業者に公知の
ものである。

第２図を参照して、腐食モニタ装置１０の動作を説明す
る。第２図は、変換器５０により実行される動作のフロ
ーチャートである。変換器は、プログラミング分野の当
業者により、このような動作を実行できるようにプログ
ラミングされている。上述したように、腐食モニタ装置
は、３つの主センサ、すなわち、腐食センサ１５、温度
センサ５５、相対湿度センサ５８を含んでいる。腐食セ
ンサの主要な特徴は、第３図および第４図に詳しく示さ
れている。腐食モニタ装置の典型的な動作は以下のとお
りである。

装置１０による腐食モニタは、一連の期間において行わ
れる。各期間が開始すると、第２図のブロック５２０に
おいて、未補正の振動周波数ＦＵがカウンタ４０の出力
から読み取られる。つぎに、ブロック５３０において、
周波数ＦＵは従来の水晶モニタ技術を用いて、数秒ごと
にモニタされる。予め定められたパラメータに基づき周
波数ＦＵが不安定、すなわち、高すぎるか低すぎる場合
には、ブロック７００において、腐食センサ故障の出力
信号を発生する。周波数ＦＵが安定で許容範囲内にある
ときには、ブロック５４０において、変換器は所定の基
準温度からの温度偏差について周波数ＦＵの補正を行な
う。

ブロック５４０において温度の関数として周波数を補正
するステップには、温度センサ５８が利用される。温度
センサ５８は、ブロック６１０において温度示度に変換
される信号を供給する。温度示度は２つの目的のために
用いられる。第１に、ブロック６２０において、温度示
度は所定の限界値と比較され、ブロック６４０におい
て、すでに述べたように出力される。限界値は、好まし
くは、腐食測定についてのＩＳＡ基準内の７０〜７５゜
Ｆに選択される。温度表示がこの限界値を越える場合に
は、ブロック６３０において、温度警報を表示する出力
信号が発生される。温度表示は、また、ブロック５４０
において周波数を補正するためにも用いられ、温度補正
周波数ＦＣを提供する。温度補正周波数ＦＣは、未補正
周波数に補正式を適用することにより決定される。適用
される式は、用いられる腐食性被覆結晶の種類とサイズ
に依存して変わる。この式は、被覆結晶を制御された温
度環境にさらし、温度変化にともなう周波数変化を記録
することにより決定される。

例１ 銅で被覆し、発振／周波数検出回路に接続した６ＭＨｚ
のＡＴカット結晶が、ＮＢＳトレーサブル温度計を含む
試験雰囲気に配置される。１時間経過後、試験雰囲気内
の温度は３５゜Ｆから９０゜Ｆに変化し、温度変化は水
晶の振動周波数変化と比較される。実験データに基づい
て、この被覆結晶に対する補正式が次のとおり決定され
る。

ＦＴＣ＝−（２／５）（Ｔ−７０゜Ｆ） ここで、ＦＴＣは温度Ｔにおける周波数補正値である。
温度補正周波数ＦＣはＦＵからＦＴＣを減算することに
より得られる。

温度補正周波数ＦＣを得たのち、ブロック５５０におい
て、評価対象の温度補正周波数ＦＣが初期温度補正周波
数ＦＣであるかどうかについて、すなわち、測定がモニ
タプロセスの第１の期間の開始時のものであるかどうか
について、チェックする。もしそうであれば、ブロック
５５５において、初期温度補正周波数ＦＣｉとして、温
度補正周波数ＦＣが保存される。

ブロック５６０において、厚さのＩＳＡ基準で表わされ
る、補正された累積腐食形成量ＣＣが、各期間について
算出される。累積腐食形成量は、モニタ対象の期間の終
了時の温度補正周波数ＦＣを、初期温度補正周波数ＦＣ
ｉから減算し、累積補正周波数変化量を得ることにより
決定される。被覆結晶上の腐食形成が進むにつれて周波
数示度が減少するため、これは正の値をとる。つぎに、
上記結果に変換係数ＫＣを乗算する。変換係数は、温度
補正決定の場合と同様に、結晶の種類とサイズに応じて
変化する。乗算結果として、Å単位の累積腐食厚さが得
られる。

被覆結晶についての変換係数ＫＣの決定は、腐食性気体
中に、ＩＳＡ反応モニタクーポンとともに、試験ダクト
内に被覆結晶を配置し、クーポンの腐食と結晶の周波数
変化とを比較することにより行なわれる。

例２ 一方は銅で被覆し、他方は銀で被覆した、２個の６ＭＨ
ｚのＡＴカット水晶を発振／周波数検出回路に接続し、
１日に約２５０から３５０Åの腐食を生じ得る腐食性気
体流を含む試験ダクト内に配置する。温度や相対湿度の
調節は行なわない。さらに、ＩＳＡ仕様にしたがう１５
個の銅と銀の反応クーポンをダクト内に配置する。毎
日、銅と銀のクーポンを１個ずつ取り除き、陰極／電解
還元を行なって、ＩＳＡ基準の方法に基づく腐食量を決
定する。この結果を同一期間における被覆水晶の周波数
変化と比較し、周波数変化とＩＳＡ基準の方法により測
定された雰囲気の腐食性との関係を決定する。同様の試
験によって、この種類の被覆結晶について、約１．２５
の係数ＫＣを周波数変化に乗算することにより、銅と銀
の被覆の両方について、Å単位のＩＳＡ腐食厚さ相当値
が得られることが示された。

補正係数ＫＣが与えられると、ブロック５６０におい
て、次の式を用いて補正累積腐食量ＣＣが決定される。

ＣＣ＝（ＦＣｉ−ＦＣ）ＫＣ 補正累積腐食形成量ＣＣが決定されると、これは、ブロ
ック５９５において記憶装置または表示部に出力され
る。ブロック５６５において、ＣＣの値は、４０００Å
と比較される。腐食の形成がこのレベルを越えると、被
覆結晶の信頼性が損なわれる。補正累積腐食形成量ＣＣ
が４０００Åよりも大きい場合には、腐食センサ故障と
の出力信号がブロック７００において出力される。補正
累積腐食形成量ＣＣが４０００Åよりも小さい場合に
は、腐食形成量は許容パラメータ内にあり、モニタプロ
セスを継続する。補正累積腐食形成量ＣＣは、ブロック
５６６において、モニタ対象の各期間について保存され
る。２４時間の単位時間について、９６個のデータポイ
ントが１５分ごとに１個ずつ保存される。データポイン
トを得る際に、変換器５０により従来の平滑化技術が実
行される。ブロック５７０において、２４時間の期間の
終了時におけるＣＣの値ＣＮを、同じ２４時間の期間の
開始時におけるＣＣの値ＣＩから減算することにより、
未補正の腐食厚さ増分Ｃ_ｔｄが各２４時間の期間につい
て算出される。この２４時間についての算出値は、新し
いデータポイントが得られ保存されるのにともない、１
５分ごとに更新される。

モニタプロセスにおけるつぎのステップは、任意の期間
についての未補正の腐食厚さ増分Ｃ_ｔｄを、腐食性雰囲
気にまださらされていない反応モニタクーポンで各モニ
タ期間を始めることを規定したＩＳＡ基準などの工業基
準に復元することである。「復元された」腐食厚さＣＣ
_ｔｄの算出は、ブロック５８０において、未補正腐食厚
さ増分Ｃ_ｔｄに、補正値ＫＣＣを乗算することにより行
なわれる。数値の形での、表示部または格納部に対する
ＣＣ_ｔｄ信号の出力は、ブロック５８５で行なわれる。
一方、ＩＳＡ基準による記号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、ＧＸを
用いた補正腐食増分レベルを表わす記号の形での出力
は、ブロック５９０で行われる。プロック５９０におい
て、変換器は、補正腐食増分の数値がどのＩＳＡ規定範
囲に当てはまるかを決定する。ＩＳＡ基準による腐食カ
テゴリーＧ１、Ｇ２、Ｇ３、ＧＸは当業者にはよく知ら
れている。しかしながら、これらの範囲についてのＩＳ
Ａ規定値は、作成された反応モニタクーポンで開始され
る１ケ月間の腐食に基づいており、反応モニタクーポン
は実際のところ約１００Åの初期腐食層を有している。
したがって、変換器は、１日の単位期間に対して、被覆
水晶に対する次の近似値を用いている。

ＩＳＡ−１ケ月 被覆結晶−１日 Ｇ１ ＜３００Å ＜６．７Å Ｇ２ ＜１０００Å ＜３０Å Ｇ３ ＜２０００Å ＜６３．３Å ＧＸ ＞２０００Å ＞６３．３Å ＫＣＣの値の決定は、やはり、用いられる被覆結晶の種
類とサイズに依存し、被覆結晶上の腐食の形成が進むに
つれて変化する。しかしながら、ＫＣＣ値は、ＩＳＡ反
応モニタクーポン方式を用いて得られた試験結果と、本
発明の腐食モニタ装置を用いて得られた試験結果とを比
較することにより、実験的に定めることができる。

例３ 発振／周波数検知回路に接続された３つの６ＭＨｚのＡ
Ｔカット銅被覆結晶を、３つのＩＳＡ反応モニタクーポ
ンとともに、一定の相対湿度（５０％）および温度（２
２℃）を有する隔離された雰囲気調整室内に配置する。
一日に約４００Åの腐食を生じ得る既知の濃度の腐食性
気体が、クーポンと被覆結晶をさらすために用いられ
る。被覆結晶は室内にとめ置かれ、被覆結晶の周波数変
化が毎日検出される。しかしながら、クーポンは毎日取
り除かれ、３つの新たに作成されたクーポンに交換され
る。つぎに、取り除いたクーポンに対して、公知のＩＳ
Ａ認可技術を用いて腐食形成の試験を行なう。このよう
にして、毎日、被覆結晶の周波数変化を、作成されたク
ーポン上の腐食成長と比較する。この６ＭＨｚの被覆結
晶を用いて、ＫＣＣを決定するための式は以下のとおり
である。

ＫＣＣ＝２−（１−ＣＣ／４０００） ここで、ＣＣは、ある期間の終了時における補正累積腐
食形成量である。

このように、本発明のプロセスによれば、振動性被覆結
晶を用いて、任意の指定期間について、期間の開始時に
おいて作成されたＩＳＡ反応モニタクーポンの使用に相
当する腐食厚さを用いて、腐食をモニタすることができ
る。被覆結晶の寿命は、腐食を測定するためには破壊し
なければならないＩＳＡクーポンと比較して、非常にす
ぐれている。また、ここで説明した雰囲気条件の補正
は、従来技術では考慮されることのなかったもので、本
発明の別の利点である。

上述の説明において、ＩＳＡ基準に対する言及は、銅の
腐食に関している。この銅についてのＩＳＡ基準は、例
示として用いられたものであり、本発明を限定するもの
ではない。また、同様に、銅およに他の金属についての
異なる基準も用いることができ、変換器５０にプログラ
ムできることは言うまでもない。

モニタプロセス全体を通じて、相対湿度センサ５８が用
いられる。湿度センサ５８は、信号を発生し、この信号
はブロック８１０において相対湿度の示度に変換され、
ブロック８８０において表示部または格納部に出力され
る。相対湿度示度は、湿度が雰囲気における腐食成長の
原因であるかどうかを決定する上で、腐食モニタ装置の
ユーザを支援するものとして提供される。相対湿度示度
の第１の利用はブロック８２０においてであり、相対湿
度示度は、凝縮水層に相当する１００％と比較される。
相対湿度示度が１００％である場合には、ブロック８７
５においてアラーム信号を発生する。相対湿度示度が１
００％でない場合には、ブロック８２５でアラームを指
示しない信号を発生し、ブロック８３０で相対湿度示度
をたとえば６０％の所定の最大値と比較する。相対湿度
示度が所定の最大値よりも大きければ、ブロック８４０
でそういう内容の出力信号を発生する。相対湿度示度が
所定の最大値よりも小さければ、ブロック８３５におい
て、２４時間の期間の１５分ごとのデータ獲得期間にお
ける相対湿度示度を、データポイントとして保存する。

ブロック８４５において、期間の終了時における相対湿
度ＲＨ_ｎを、期間の開始時における相対湿度ＲＨ_１と比
較することにより、所望の期間についての相対湿度の変
化ＲＨ_ｔｄが算出される。ブロック８５０において、あ
る期間についての相対湿度変化ＲＨ_ｔｄが、１時間に６
％などの所定の湿度変化値よりも大きいかどうかが決定
され、大きい場合には、ブロック８６５において、適当
な出力信号を発生する。ある期間についての相対湿度変
化ＲＨ_ｔｄが所定の湿度変化値よりも小さい場合、ブロ
ック８６０において、アラームを指示しない信号を発生
する。

湿度センサ５８の使用は、ブロック８５５において、腐
食センサ１５および温度センサ５５からのデータと連結
される。ブロック８５５では、ブロック５８０からの信
号ＣＣ_ｔｄと、相対湿度値と、ブロック８５０からの出
力と受けとる。ブロック８５５において、相対湿度表示
がブロック８３０の所定最大値よりも大きいかどうか、
ある期間から次の期間への相対湿度示度の変化がブロッ
ク８５０の所定最大変化よりも大きいかどうか、そし
て、補正腐食厚さ増分ＣＣ_ｔｄがＩＳＡ基準の「ＧＩ」
記号であらわされる限界値よりも大きいかどうかの３つ
の質問が提起される。どれか２つの質問に対して肯定的
な回答が得られた場合には、ブロック８７０において、
アラーム信号を発生し、腐食が湿度に関係している可能
性を示す。

表示装置８０は、変換器５０により検知または算出され
た種々のデータについての数値を表示するか、あるい
は、第１図に示すように表示光を発する。図示されるよ
うに、ＬＥＤの列を設け、ＩＳＡ信号Ｇ１、Ｇ２、Ｇ
３、ＧＸを用いて、銅腐食レベルを表示する。同様なＬ
ＥＤ列が、製造者により選択された銀腐食レベル用とし
て設けられる。これらのＬＥＤに対する出力は、第２図
のブロック５９０におけるロジックにおいて起動され
る。さらに、銅および銀被覆結晶の故障を表示するため
の２つのＬＥＤが、ブロック７００において駆動され
る。さらに２つのＬＥＤを設けて、ブロック６２０のし
きい値よりも温度が高いか低いかを表示させているが、
これらはブロック６２５および６３０において駆動され
る。別の一対のＬＥＤにより、最新の期間において所定
量より以上に相対湿度が変化したかどうかを表示する
（ブロック８５０、８６０、８６５）。最後の一対のＬ
ＥＤにより、相対湿度が所定最大値を越えたかどうかを
表示する（ブロック８３０および８４０）。

つぎに第５図および第６図を参照して、本発明の好まし
い実施例の動作の利点を説明する。第５図は、本発明の
動作のグラフ表示であり、第２図を参照して詳しく説明
した補正累積腐食形成量ＣＣを用いて報告される。第５
図に示されるように、補正累積腐食形成量ＣＣは、試験
期間中の任意の指定日に報告される。任意の指定日にお
ける被覆結晶上の腐食形成の測定によって、同じ被覆結
晶を使用して後日腐食を測定する際の正確さが妨げられ
ることは有り得ない。第６図は、第２図を参照して詳し
く述べた、補正されたすなわち「復元」された腐食厚さ
増分ＣＣ_ｔｄのグラフ表示である。グラフは、上述した
４つのＩＳＡ腐食カテゴリーを用いて腐食量を示してい
る。累積腐食形成量ＣＣについては、補正されたすなわ
ち「復元」された腐食成長増分ＣＣ_ｔｄが、資料被覆結
晶の破壊を必要とすることなく、任意の増分について報
告される。第５図および第６図に示された情報から明ら
かなとおり、本発明の腐食モニタ方法によれば、従来方
法に比べて極めて迅速に腐食速度の正確な表示を提供す
ることにより、腐食誘発条件の改善を迅速かつ有効に行
なうことが可能となる。第５図および第６図の両方にお
いて、第２０日に室内環境修正を行なったあと、腐食形
成はかなり減少し、第５図のカーブはほとんど直線にな
り、第６図のデータポイントはすべてＩＳＡ基準のＧ１
すなわち腐食最小カテゴリーに含まれるまで落ちてい
る。対照的に、引用したファラト特許は、モニタを６ケ
月のレンジで行なうことを示唆している。ＩＳＡ基準
は、少なくとも３０日間の試験クーポンの露出に基づい
ており、さらに、時間のかかるクーポンの化学分析が必
要である。さらに、第６図に示されるように、適当な間
隔で腐食状況をプロットすることにより、腐食誘発事象
を容易にたどることができる。

本発明の好ましい実施例は、例示として開示されたもの
であり、添付クレームの範囲と趣旨を逸脱することな
く、種々の修正や変更が可能であることは言うまでもな
い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ザン、キューイ 中華人民共和国 257062 シャンドン ド ンイン ユニヴァースティ オブ ピトロ ウリアム ケミカル エンジニアリング デパートメント （番地なし) (56)参考文献 実開 昭59−180617（ＪＰ，Ｕ)

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】腐食性金属物質（１８）で被覆し既知の振
   動周波数を有する結晶（１５）を腐食性雰囲気中で励振
   するステップと、初期期間および少なくとも１つ以上の
   以降の測定期間を含む複数の期間の各々について上記腐
   食性物質の腐食による上記周波数の変化を測定するステ
   ップとを含む、腐食性雰囲気中において腐食を監視する
   方法において、 上記周波数変化は、各期間における腐食厚さをあらわす
   腐食厚さ増分信号に変換され、 上記腐食厚さ増分信号に、腐食形成に依存して実験的に
   見出だされた補正値を乗算して、期間の開始時に、反応
   監視手順にしたがって作成された新しいきれいな反応監
   視クーポンを、その期間のあいだの腐食を監視するため
   に用いた場合に生じたはずの腐食厚さをあらわすように
   した腐食を監視する方法。
2. 【請求項２】周囲温度変化を補償するために上記周波数
   変化を補正するステップをさらに有する請求の範囲第１
   項に記載の方法。
3. 【請求項３】上記厚さ増分信号を発生するステップは、
   上記測定期間の開始時および終了時における上記周波数
   を測定し、上記周波数を周囲温度変化を補償するように
   補正し、上記温度補正周波数に厚さ変換係数を乗算して
   上記測定期間の開始時および終了時における累積腐食厚
   さ値を得、上記累積腐食厚さ値を減算して上記厚さ増分
   信号を得る請求の範囲第１項に記載の方法。
4. 【請求項４】上記被覆結晶の初期振動数は約６ＭＨｚで
   あり、上記補正値は約： ２−（１−（ＣＣ／４０００）） であらわされ、ＣＣは上記測定期間中の累積腐食厚さ値
   である請求の範囲第１項に記載の方法。
5. 【請求項５】上記腐食性雰囲気中の相対湿度を監視する
   ステップと、 測定期間の上記補正厚さ信号が所定厚さを越えるのと同
   時に、上記相対湿度が所定レベルを越えるか所定の上昇
   率以上に上昇した場合に、上記雰囲気中の腐食は湿度に
   関連することを示す警告信号を提供するステップとを含
   む請求の範囲第１項に記載の方法。
6. 【請求項６】上記補正値は、上記被覆結晶の周波数変化
   を、共通の試験雰囲気内に配置した反応監視クーポン上
   に蓄積される腐食量と比較することにより決定される請
   求の範囲第１項に記載の方法。
7. 【請求項７】上記補正厚さ信号を格納するステップをさ
   らに含む請求の範囲第６項に記載の方法。
8. 【請求項８】上記補正厚さ信号を表示するステップをさ
   らに含む請求の範囲第７項に記載の方法。
9. 【請求項９】上記周波数変化を測定した温度条件を測定
   し表示するステップをさらに含む請求の範囲第８項に記
   載の方法。
10. 【請求項１０】上記腐食性物質は、銅、銀、ニッケル、
    金被覆腐食性金属のいずれかの金属である請求の範囲第
    ９項に記載の方法。
11. 【請求項１１】上記反応監視手順は、実質的に、腐食を
    監視するＩＳＡクーポン手順にしたがうものである請求
    の範囲第１項に記載の方法。
12. 【請求項１２】腐食性金属物質（１８）で被覆し既知の
    振動周波数を有する結晶（１５）を腐食性雰囲気中で励
    振する手段（２０）と、初期期間および少なくとも１つ
    以上の以降の測定期間を含む複数の期間の各々について
    上記腐食性物質の腐食による上記周波数の変化を測定す
    る手段（４０，５０）とを含む、腐食性雰囲気中におい
    て腐食を監視する、請求の範囲第１項の方法を実行する
    ための装置において、 上記周波数変化を、各期間における腐食厚さをあらわす
    腐食厚さ増分信号に変換する手段（５０）と、 上記腐食厚さ増分信号を、腐食成長に依存して実験的に
    見出だされた補正値により乗算し、期間の開始時に、反
    応監視手順にしたがって作成された新しいきれいな反応
    監視クーポンを、その期間のあいだの腐食を監視するた
    めに用いた場合に生じたはずの腐食厚さをあらわすため
    の手段（５０）とを有する腐食を監視する装置。