JPS60200153A

JPS60200153A - 金属腐食測定装置

Info

Publication number: JPS60200153A
Application number: JP59055818A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Suzuki; 雅行鈴木; Hiroyuki Hasebe; 裕之長谷部; Junichi Takabayashi; 純一高林; Tomoko Sato; 倫子佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-23
Filing date: 1984-03-23
Publication date: 1985-10-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は金属材料の耐食性等を非破壊的に評価する金属
腐食測定装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来よシ、塗膜を施した金属材料の腐食状況の評価は塗
膜表面の目視観察や塗膜の−δ測測定よって行なわれて
いる。しかしながら、目視観察ではその腐食判定基準が
主観的になり易いばかシか、塗膜下の金属相料の腐食が
相当進行し々いと、塗膜面に変化が現われず、判定がで
きないという問題がある。一方、塗膜の一δを測定する
方法は得られた測定値と実際の腐食状況との対比がつか
ない場合が多く、実際的な評価技術とはいえない。

このようなことから、最近、第１図に示す電気化学的測
定手段を採用した金属腐食測定装置が提案されている。

即ち、図中の１は上下部が開口された電解槽である。こ
の電解槽１は表面に塗膜２が被覆された下地金属３から
なる被測定物の塗膜２上に設置される。前記電解槽１内
には該電解槽１を被測定物に設置した状態で食塩水等の
電解質溶液４が収容されている。この電解質溶液４内に
は該電解質溶液４が接触する塗膜２の被測定面５に電気
的刺激を与えるための対極６が浸漬されている。この対
極６は通常、白金等の不溶性金属から作られている。ま
た、前記電解質溶液４内には被測定面５の分極を測定す
るための基準となる参照電極７が浸漬されている。この
参照電極７としては通常、飽和せコウ電極（ＳＣＥ　）
や銀−塩化銀電極、白金黒付白金電極等が用いられる。

前記対極６及び参照電極７には夫々リード線８．９が接
続されておシ、かつ対極６のリード線８の他端は図示し
ない電源に接続されている。更に、前記被測定物である
下地金属３の一部にはリード線１０が塗膜２の切欠穴１
１を通して半田等により接続されており、かつ該リード
線１０は前記電源に接続されている。

金属腐食測定装置を前述した第１図に示す状態で設置す
ると対極６のリード線８の端子Ａと゛、参照電極７のリ
ード線９の端子Ｂと下地金属３と接続したリード線１０
の端子Ｃの間は第２図に示す等価回路図となる。なお、
第２図中のＲｅ　ｒ　ｃｃは夫々対極６の分極抵抗及び
二重層容量、Ｒ８は電解質溶液４の溶液抵抗、Ｒ４、Ｃ
ｆは夫々塗膜２の被測定面５における絶縁抵抗及び電気
容量、Ｒｐ　ｖ　Ｃｄは被測定面５に対応する塗膜２と
下地金属３との界面の腐食反応における反応抵抗及び二
重層容量、Ｒｍは下地金属３の電気抵抗、を示す。

上述した各種のＣ，Ｈのうち前記溶液抵抗Ｒｓは通常、
塗膜抵抗Ｒｆや反応抵抗Ｒ１に比べて非常に小さく、一
方、下地金属３の電気抵抗Ｒｍはほぼ零を示し、無視す
ることが可能である。また、分極測定は参照電極７の端
子Ｂとリード線１０の端子Ｃ間で行なわれるから、対極
６の分極抵抗Ｒｃ及び二重層容量Ｃｃは分極測定に関与
せず、分極の解析においてその寄与を除外できる。しか
して、前記端子Ａ、Ｃ間に図示しない電源よシミ気刺激
を与えると、端子Ｂ−Ｃ間で測定され分極へ関与する等
価回路は第３図に示すように簡略化される。第３図に示
す端子Ｂ−Ｃ間のインピーダンスを２８とすると、２□
は次式（１）％式％したがって、前記（１）式よシ反応抵抗Ｒ１をめること
により被測定面５に対応する塗膜２と下地金属３との界
面での腐食反応（腐食状態）を測定できる。

しかしながら、第１図図示の従来の金属腐食測定装置に
おいては下地金属３にリード８１０を接続するために塗
膜２に切欠部１１を設ける必要がある。防食のだめの塗
膜の一部を取シ除く必要があるので、測定の都度、塗膜
の除去と修復作業を要し、極めて非能率的である。しか
も、切欠穴１０の修復が不完全であると、その箇所から
腐食を引き起こす可能性がある。また、修復箇所の外観
悪化によシ、美観を重要視する構造物の場合、大きな問
題となる。

また、第１図図示の従来の金属腐食測定装置においては
対極６および参照極７と下地金属３の電気的導通を得る
ために、電解質溶液４を介在させる必要がある。ところ
が、被測定面５が傾斜している場合は電解質溶液４が被
測定面５゜対極６および参照極７を完全におおうことが
できなくなシ、測定が不可能になるかあるいは不正確に
なる場合があるほか、測定開始時の電解質溶液４の注入
や測定中の漏れ防止、さらには測定終了時の電解質溶液
４の処理など取扱上の大きな問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は塗膜が被覆された下地金属からなる構造物にお
ける塗膜と下地金属の界面の任意箇所の腐食状況を非破
壊的に簡便に測定し得る金属腐食測定装置を提供しよう
とするものである。

〔発明の概要〕

本発明は下地金属表面の塗膜上の累々る２点に夫々装着
された同一形状をなす金属電極と、これら金属電極間に
交流又は同時に複数の周波数を含む電気信号を印加する
手段とを具備した構成にすることによって、塗膜に切欠
穴を設けずに腐食状況を非破壊的に測定できる簡便な構
造の金属腐食測定装置を得ることを骨子とするものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例１第４図は本実施例１の金属腐食測定装置を示す概略図で
ある。図中の２１．２１’は例えば１３Ｃｒ鋼からなる
雑音防止のだめのシールドであシ、これらシールド２１
　、２１’は表面に塗膜２が被覆された下地金属３から
なる被測定物の塗膜２上に互に所定の間隔をおりて絶縁
ゴム２２．２２’を介して固定されている。前記シール
ド２１　、２１’内の塗膜２上には夫々互に同一形状（
円盤状）をなすＳＵＳ　３０４製の金属電極２　Ｊ　、
　２３’が図示しない３チ食塩水含有寒天グルを介して
配置されている。また、前記金属電極２３　、２３／上
には夫々リング状磁石２４　、２４’が載置されており
、各磁石２４　、２４／の磁力によシ各金属電極２３　
、２３／が塗膜２上に寒天ケ９ルを介して密着して固定
されている。そして、前記各金属電極２３　、２３１は
シールド２１．２１’内に挿入された被覆銅線２５　、
２５’に夫々接続されている。一方の被覆銅線２５の他
端はポテンシロスタット（図示せず）の試験電極端子に
接続され、かつ他方の被覆銅線２５／の他端は照合電極
端子及び対極端子に接続されている。交流発生源および
インピーダンス解析器として例えばソーシトロン１２５
ｏ型を用い、図示しないポテンシ日スタットを介して金
属電極２３゜２３′間に０．１　ＭＨｚ　〜１００　ｋ
Ｈｚの間から選ばれた周波数範囲で振巾３０　ｍＶ以内
の交流電圧を印加することによってインピーダンスの周
波数分散をめる。

このような構成によれば、同第４図に示す如く金属電極
２　、？　、　２３’を下地金属３の塗膜２上に寒天グ
ルを介して固定した状態で図示しない交流電源よシ各金
属電ＩｆＬ２　Ｊ　、　２３’に交流を印加する場合試
験電極と照合電極の間は第５図に示す等価回路に近似で
きる。なお、第５図中のＲｙ　＋　Ｒ，／は夫々金属電
極２３　、２３’と塗膜２の界面の抵抗、ＣＭ　ｔ　Ｃ
Ｍ’は夫々金属電極２３．２３’と塗膜２の界面の容量
、ＲＦ　ｒ　ＲＦ’は夫々金属電極２３　、２３’が接
触する塗膜２部分の抵抗、ＣＦ。

ＣＰ、／は夫々同金属電極２３　、２３’が接触する塗
膜２部分の容量である。また’　Ｒｐ　’　Ｒｐ’は夫
々金属電極２３　、２３’下の塗膜２と下地金属３の界
面における分極抵抗、Ｃｄ　、　Ｃｄ’は同界面の二重
層容量である。海水に濡れる環境で使用される構造物を
測定する場合、塗膜２表面が濡れていれば、前記ＳＵＳ
　３０４製の金属電極２３　、２３’を用いると、ＲＭ
　、　ＲＭ’は夫々１００〜１０００にΩ−ｅＴｎ２．
　ＣＭ、　ＣＭ、は２０〜１００μＦ／１ｙｎ２　程度
になる。

ところで、塗膜２が健全で塗膜下の腐食が無視し得る段
階では、前記Ｒ，、Ｒ，’とｒＬ、　、　Ｒ，’は全く
分離されず、通常、１００口以上の大きな値となる。ま
た、ＣＦ、　Ｃ，／は１０−１０〜１０−８Ｆ／ｃｒｎ
２程度の小さい値を示す例が多い。したがって、ＲＭ　
ｒ　ＲＭ’とＣＭ　ｒ　ＣＭ’の部分の時定数は２〜１
００秒程度となシ、一方塗膜及び塗膜と下地金属界面の
部分の時定数は０．０１〜１秒程度となる。ここで、交
流インピーダンスの周波数分散を、例えばナイキスト線
図として表わす場合、第６図（ａ）に模式的に示す如く
、原点付近から塗膜から下地金属に係わる半円が現われ
、一方、金属電極塗膜界面の情報は前記半円と時定数が
比較的近い値のとき、前記半円から分離せずにマスクさ
れるか、時定数が前記半円よシ大きい時には低周波数領
域に微小な半円が現われるにすぎず、得られるナイキス
ト線図は殆んど塗膜から下地金属に関するものだけであ
る。

一方、塗膜が劣化すると、ＲＦ　、　Ｒｙ’は非常に小
さくなるが、ｃＦＩ　ＣＦ’はあまシ大きく変化しない
。しだがって、塗膜の時定数は著しく小さくなシ、その
ナイキスト線図は高周波領域に現われる。このようにな
ると、下地金属に腐食反応が生じ、Ｒ，、Ｒ，’とＣｄ
　、　Ｃｄ’がナイキスト線図に現われるようになる。

但し、腐食の進行と共にＲｐ、　Ｒｐ’は小さくなシ、
一方、Ｃｄ　、　ｃｄ’は犬きくなってゆくものの、時
定数は金属電極／塗膜の界面の時定数と大差がないので
、この両者は１つの半円を形成する。こうした時のナイ
キスト線図を模式的に表わすと第６図（ｂ）のようにな
る。２つの半円が若干ずれて重なった形をとるようにな
るが、塗膜下の腐食が進行すると、２つの半円のずれが
大きくなって、ナイキスト線は２つの山状になり、更に
塗膜下の腐食が進行すると、塗膜に関する半円が殆んど
消失するに至る。

このようにしてインピーダンスの周波数分散をめずに、
見かけの抵抗値や容量値を矩形波分極抵抗法や単一周波
数の交流測定等の従来の手法でめても、塗膜下の腐食が
発生する項には、電極／塗膜の界面のインピーダンスが
測定値に寄与するので、腐食開始を判定することは困難
である。これに対し、周波数分散をナイキスト線図やデ
ート線図の形で表わし、その形状変化を見ることによっ
て、金属電極／塗膜の界面のインピーダンスの寄与を除
外して腐食開始が容易に判定できる。

事実、下地金属３の表面に塗膜２を被覆した構造物を３
％の食塩水に３時間浸漬した後、表面の水分を除去し、
本実施例１の測定装置で測定したところ、第７図（、）
に示す如く塗膜２のものと思われる単一の半円のみが現
われたナイキスト線図が得られた。この時、塗膜２下の
下地金属３の腐食の徴候は認められなかった。次に、同
構造物を３％の食塩水中に１００時間浸漬後、水分を除
去し、本実施例１の測定装置により測定を行なったとこ
ろ、第７図（ｂ）に示す如く抵抗成分が小さくなると共
に、半円でなく扁平な形状が現われたナイキスト線図が
得られた。かかる形状の変化は塗膜２下の下地金属３の
腐食発生によるものと考えられるが、実際に塗膜下には
最大直径１ｍｍ程度の無色の腐食が多数発生しているこ
とが確認できた。

したがって、本発明によれば互に同一形状をなす２組の
金属電極２３　、２３’を用いることによシ、従来の如
くリード線を下地金属３に接続するだめの塗膜２への切
欠部１１の形成を不要化できる。その結果、塗膜の除去
、修復という煩雑な作業を解消して能率よく非破壊的に
金属の腐食状況の判定を行なうことができる。しかも、
従来の如く修復の不完全性による下地金属の腐食の助長
や外観不良を回避できる。

また、本実施例１の装置の如く、金属電極２３　、２３
１をリング状の磁石２４．２４１を用いて、その磁力に
より塗膜２上に固定する構成にすれば、被測定面が水平
である場合はもとよシ、垂直な面或いは天井面であって
も簡便に金属の腐食状況を測定できる。

実施例２金属電極として銀電極を用い、この′ｒＴＬ極の測定面
に塩化カリウム溶液中でアノード処理して塩化銀を生じ
させ、３％食塩水を含有する寒天ダルを介して塗膜上に
配置した以外、実施例工と同構造の金属腐食測定装置を
組立てた。

しかして、下地金属の表面に塗膜を被覆した構造物を３
％の食塩水中に３時間浸漬した後、表面の水分を除去し
、本実施例２の測定装置で測定したところ、前述した第
７図（ａ）と同様なナイキスト線図を得た。寸だ、同構
造物を３係の食塩水中に１００時間浸漬した後、表面の
水分を除去し、本実施例２の装置により測定したところ
、低周波領域での抵抗成分がステンレス電極の場合よシ
も小さいものの、腐食に基づく扁平化が現われた第７図
（、）図示のナイキスト線図が得られ、金属の腐食状況
を判定できた。銀電極での抵抗成分がステンレス電極で
のそれに比べて小さくなったのは、銀電極の測定面が塩
化銀となっていて、電極と寒天グルの間の電荷移動の抵
抗が非常に小ざくなシ、下地金属３の表面の腐食反応の
情報がよシ正確に現われたためと考えられる。

実施例３金属電極として銅電極を用い、この電極の測定面に５％
希硫酸でエツチングした後水銀を塗布してアマルガム化
したものを塗膜上に配置した以外、実施例１と同構造の
金属腐食測定装置を組み立てた。

しかして、下地金属表面に塗膜を被覆しだ構造物を３チ
食塩水中に、１　ｏ　ｏ時間浸漬した後、表面の水分を
除去し、本実施例３の測定装置によシ測定したところ、
第７図（ｂ）と同図（ｃ）の中間的な軌跡のナイキスト
線図が得られ、塗膜下の下地金属に腐食が発生している
ことが判定できた。

実施例４第８図は実施例４の金属腐食測定装置を示す概略断面図
であシ、図中の２１　、２１’は例えば１３Ｃｒｉから
なる雑音防止のだめのシールドである。これらシールド
２　Ｊ　、　２１’は下地金属３表面の塗膜２上に互に
所定間隔をあけて絶縁ゴム２２，２２１を介して固定さ
れている。前記各シールド２１　、２１１内の塗膜２に
は例えば内径３６ｎ１高さ２ｃｍのＳＵＳ　４３０製の
金属円ＥＪ２６゛Ｉ２６１が絶縁ゴム２７　、２７’を
介して夫々配設されている。これら円環２６．２６’の
外周面には熱収縮性テトロンチューブ２８　、２８／が
夫々被着されており、かつ該円ｆＲ２６Ｔ２６’の外周
にはコイル２９　、２９１が夫々巻回されている。これ
らのコイル２９　、２９’は夫々前記シールド２１　、
２７’の外部に延出されるリード線３０゜３０′と接続
されている。また、前記各円環２６゜２６′内には、塗
膜２濡れ易くするための少量のインジウムを添加した水
銀３１．３１’が夫々収容されておシ、該水銀３１．３
１’は塗膜２と接触している。更に、前記円Ｍｚ６＊ｚ
６’の上面にはシールド２　Ｊ　、　２　ＩＩの外部に
延出される被覆銅線２５　、２５’が夫々接続されてい
る。

このような構成において、リード線Ｊ　Ｏ，３０’から
コイル２９　、２９１に電圧を印加して、金属円環２６
，２６１を電磁石として作用することによシ同円環２６
１２６’を塗膜２表に固定でき、それら円環２６　、２
６’内の水銀Ｊ　Ｚ　、　Ｊ　Ｊ’を塗膜２上の所定位
置に接触できる。こうした状態において、被覆銅線２５
　、２５’に交流を印加することによシ、塗膜２下の下
地金属３の腐食状況を判定できる。この場合、金属電極
の構成部品として水銀３１　、３１’を用いることによ
シ、塗膜２表面が微少な凹凸状であっても、接触不良を
生じること彦く、良好に接触でき、その結果、精度のよ
い腐食測定が可能となる。

事実、下地金属表面に塗膜を被覆した構造物を３％食塩
水中に１００時間浸漬した後、表面の水分を除去し、本
実施例４の測定装置によシ測定したところ、第７図（ｃ
）とほぼ同様なナイキスト線図が得られ、塗膜下の下地
金属に腐食が発生していることが判定できた。

実施例５第９図は本実施例５の金属腐食測定装置の概略断面図で
あシ、図中の２２　、２１’は例えば１３　Ｃｒ鋼から
なる雑音防止のためのシールドである。これらシールド
２　Ｊ　、　２１１は下地金属３表面の塗膜２上に互に
所定間隔をあけて絶縁ゴム２２　、２２１を介して固定
されている。前記各シールド２１　、２１１内の塗膜２
上には円環状の枠体Ｊ　２　、　Ｊ　２’が夫々配設さ
れておシ、かつ各枠体３２，３；！／の外周の中央から
下部にかけてヒータ３　Ｊ　、　Ｊ　３’が夫々巻装さ
れている。また、前記各枠体３２　、３２１内にはプラ
ント合金（融点３８℃）、ラッドメタル（融点７０℃）
等の低融点合金３４．３４’が夫々収納されている。

更に、前記各枠体３２，３２／内の低融点合金３４　、
３４’上には押え板、９５．３５’を介してリング状磁
石２４　、２４’が配設されている。そして、前記各脚
え板３５　、　Ｊ　５’には前記シールド２１　、２１
’の外部に延出する被覆銅線２５゜２５／が接続されて
いる。

このような構成において、各枠体３２　、　Ｊ　２’外
周のヒータＪ　３　、　Ｊ　Ｊ’に通電して発熱すると
とによシ、各枠体３２，３２’内の低融点合金３４　、
　Ｊ　４’が溶融した後、通電を停止して冷却固化する
ことによって、低融点合金３４　、　Ｊ　４／は塗膜２
上に微少な凹凸がある場合でも容易に密着する。しかも
、冷却同化した低融点合金３４　、３４’はその上の磁
石２４，２４′の磁力によシ塗膜２上に固定される。こ
のため、金属電極を構成する低融点合金３４　、３４’
は塗膜２に対して良好に接触でき、被覆銅線２５　、２
５’間に交流を印加することによって、塗膜２下の下地
金属３の腐食状況を精度よく判定できる。

事実、下地金属表面に塗膜を被位した構造物を３チ食塩
水中に１００時間浸漬した後、表面の水分を除去し、本
実施例５の測定装置によシ測定したところ、第７図（ｃ
）とほぼ同様なナイキスト線図が得られ、塗膜下の下地
金属に腐食が発生していることが判定できた。

実施例６下地金属表面に塗膜を被噛した構造物を３チ食塩水中に
１００時間浸漬した後、水分除去を行なった。この塗膜
上に２組のＩｎからなる金属電極をその接触面積が約５
咽２となるように圧着した後、各金属電極に接続した被
覆銅線に交流を印加して交流インピーダンスを実施例１
と同様に測定したところ、第７図（ｃ）と同様々ナイキ
スト線図が得られ、塗膜下の下地金属に腐食が発生して
いることが確認された。

なお、上記実施例では磁石の磁力により金属電極を塗膜
上に固定したり、或いは延性の高い金属電極（例えばＩ
ｎ等）を塗膜上に直接圧着して固定したシしたが、これ
らに限定されない。

例えば、金属電極を導電性ペーストを用いて塗膜上に固
定したシ、粘着テープを用いて固定したシしてもよい。

上記実施例は交流の周波数分散をナイキスト線図の形で
表わし、その形状変化を調べることで腐食状況の判定を
行なったが、これに限定されない・例えば交流インピー
ダンスの測定は、交流の周波数を変えながら、電流と電
圧の関係を解析する方法の他、多数の周波数成分を含ん
だ信号を、模擬ノイズや／４’ルスを印加し、それに対
する応答と共に周波数解析する方法やインピーダンスブ
リッジを用いることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明によれば塗膜が被覆された下
地金属からなる構造物における塗膜と下地金属の界面の
任意箇所の腐食状況を非破壊的に簡便に測定し得る構造
が簡素化された金属腐食測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の金属腐食測定装置を示す概略断面図、第
２図は第１図の装置を被測定物に設置した時の端子Ａ−
Ｃ間の等価回路図、第３図は第２図よシミ位応答に関与
する分を抽出した等価回路図、第４図は本発明の実施例
１における金属腐食測定装置を示す概略断面図、第５図
は第４図の装置を被測定物を設置した時の等価回路図、
第６図は第４図の装置をもとにして塗膜下の下地金属の
劣化状態に対応するナイキスト線図、第７図は実施例に
て測定されたナイキスト線図、第８図及び第９図は夫々
本発明の他の実施例を示す金属腐食測定装置の概略断面
図である。２・・・塗膜、３・・・下地金属、２１．２１’・・・
シールド、２３　、２　Ｊ’・・・金属電極、２４，２
４１・・・リング状の磁石、２５．２５’・・・被覆銅
線、２６゜２６′・・・金属円環、２９．２９’・・・
コイル、３１゜Ｊ　１’・・・水銀、３２．３２’・・
・枠体、３３　、３３’・・・ヒータ、３４，３４１・
・・Ｉｎの金属電極。出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１ｃ！ｌ第２図第３図第５図第６図（ａ）　（ｂ）Ｉ７ｒＭ実戟＆β 第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）下地金属表面の塗膜上の異なる２点に夫夫装着さ
れた同一形状をなる金属電極と、これら金属電極間に交
流又は同時に複数の周波数を含む電気信号を印加する手
段とを具備したことを特徴とする金属腐食測定装置。
（２）金属電極が低融点金属からなることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の金属腐食測定装置。
（３）金属電極が延性の高い金属からなることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の金属腐食測定装置。
（４）金属電極が水銀からなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の金属腐食測定装置。
（５）金属電極を塗膜上に導電性ペーストを介して装着
せしめることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
金属腐食測定装置。
（６）金属電極を塗膜上にダル状電解質を介して装着せ
しめることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の金
属腐食測定装置。