JPS6154437A - 被覆金属の寿命予測方法 - Google Patents

被覆金属の寿命予測方法

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JPS6154437A
JPS6154437A JP17722184A JP17722184A JPS6154437A JP S6154437 A JPS6154437 A JP S6154437A JP 17722184 A JP17722184 A JP 17722184A JP 17722184 A JP17722184 A JP 17722184A JP S6154437 A JPS6154437 A JP S6154437A
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  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

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】 (技術分野) 海洋鋼構造物、船舶、橋、プラント、パイプラインなど
の金属に、有機物あるいは有1幾・態別混合物を被覆し
て、防食する分野に於て、その被覆された金属の寿命を
早期に推定する被覆金属の寿命予測方法に関づ”る。
(従来技術) 従来、寿命の定義には多種多様である。例えば、人間の
寿命には心臓の停止、脳の活動停止、瞳孔が広がってい
る、など、また、塗料やライニング拐を被覆した金属の
場合、外部の環境因子、例えば水やj品素イオンが膜を
透過して、膜下の金属表面に)ヱした時、膜にフクレ、
ワレなどを生じた時、被覆金属面に錆が回%(3%、5
%、 10%等)認められた時、などが寿命とされてい
る。
一方、定義された寿命を判断する方法としては、最も広
く行なわれているのは目視観察である。
更に、寿命を予測する方法としては、例えば、初期の変
化を後期まで続くと考え、初期の変化を外挿して、ある
(直になるまでの時間を求める外挿法が知られている。
また、人間の平均寿命は統計的に算出され、主にワイブ
ル分布関数が適用されている。同様に、工業製品の耐久
性(R命)もワイブル分布関数などにより算出されてい
る。
また、早期に寿命を予測づる方法としては、自然で寿命
にヱるまでには長期間を要するため、早く寿命になるよ
うに力を加える方法もある。しかし、この場合、力の印
加により寿命が短縮されても、自然の状態下での寿命に
換鈴しなければならず、自然下に対する促進倍率を予め
知ることが単質となる。
ところが、有機物あるいは有機・無1幾混合物を被覆し
た金属、例えば、ライニングされた金属材、塗装された
金属材に対する寿命予測方法は、わずかに次のような方
法が提案されているにすぎない。
■ し=92/6D+v(Ps −(7)      
 (式1)ここでしは寿命、eは膜の厚さ、Dは外部環
境因子(水やイオンなど)の膜内への拡散係数、ψは定
数、Psは下地界面の圧力、σは下地金属と膜との接着
応力である。すなわち、式1の右辺第1項は環境因子の
膜下金属表面への拡散時間であり、この考えは、例えば
膜下への塩素イオンの拡散時間より寿命を予測する方法
に転用されている。
■ 被覆金属の腐食電流(測定面積当りの腐食電流であ
る・・・いわゆる腐食している部分のル)全面積当りの
腐食電流ではない)を追跡し、この電流の経時変化より
、膜が全部ハクリなビにより無くなった(裸金属)状態
での電流直になるところまで外挿し、そのときの期間を
寿命とする方法。
このように、いくつかの方法は提案されているものの、
より早く寿命を予測する方法は見出されていない。すな
わち、例えば、技術が向上すれば膜の耐久性も向上し、
20年〜100年の寿命と推定される膜も開発されつつ
ある。しかし、この推定値を、より信頼性のある値にす
るには、その0命予測法が理論的にも支持される必要が
あり、かつ、早期に身命を推定するための促進力も自然
下での劣化反応を無理なく促進している力であるとのこ
とも支持される条件の1つである。
しかし、上記のような条件に合致する方法が見出されて
いなく 、4M造物の設計、あるいは補修工事などの際
に不備をきたしているのが現状である。
そして、事故につながることも多々あり、社会的にも閏
造物の寿命を早期に推定する技術の確立が強く求められ
ている。
(発明の目的) 本発明は、上記種々の問題を解消すべく本発明者らが鋭
意、長年月検討した結果、なされたものであって、実用
環境下あるいは試験環境下に設置された被覆金属の寿命
を早期に予測する方法を提供することを目的としている
(発明の構成) ■実用又は試験下に置かれた被覆金属と白金・カーボン
・亜鉛・鋼などの対極に、1V〜100Vの任意の直流
電圧を印加し、この時流れる電゛ 流を測定して、電流
の経時変化を予め搾出後、上記被覆された膜の任意の開
孔面積に相当づ゛る電流値まで外挿し、この時の時間を
寿命とすることを特徴とする被覆金属の寿命予測方法。
■実用又は試験下に置かれた被覆金属と白金・カーボン
・鋼などの対極に1V〜100Vの任意複数の直流電圧
を印加し、電流が急激に増加する時間を各々求め、この
時間と電圧との関係により、電圧をOvまで外挿したと
きの時間を被覆された膜の開孔時間と予測する被覆金属
の寿命予測方法。
本発明の被覆金属とその対極は実用環境下、試験膿境下
(例えば、水中・海水中・干満飛沫帯・その他の)皮体
下、あるいは土中等)に置かれる。
本発明の金属に被覆されるものは有数物又は右);■・
無懇利料を混合してなる塗料である。
(発明の裏付けとなる理論) アメリカ材料検査協会(ASTM)の規格の中に、例え
ば塗装鋼材の錆判定方法がASTM  D610−68
に規格化されている。これは錆判定標準図と比較して、
塗装鋼表面上の錆発生面梢出が何%になっているかによ
り評点するものがある。
ずなわら、一般に錆の発生面積率は重要であり、例えば
、嬌などの場合、この面積率が5%〜10%になればR
命になったと判定され、補修塗装工事がなされる。
上記のような考えは他の構造物でも同様であり、メンテ
ナンスフリーの構造物でも、寿命になる期間を予め推定
し、(構造物の設計時に利用され、その構造物への膜厚
や塗装法、塗料種などは、設計時に決定されている。し
かし、この予め、決定された寿命は不正”i(rであり
、前記した要望が強い。
今、上記にような寿命(錆発生面栢率何%)に至る過程
を考えると、 塗膜に孔が聞き(この孔が開くまでの期間を以下、T1
と表現する)、その孔が広がりで、1ラリえば錆発生率
が5%になり(TI後、予め定義された錆発生率になる
までの期間をT2とする)、ノj命(TI +T2 )
がつきる。但し、(2時に塗膜に欠陥(ピンホールなど
)が存在づれば、上記のT1はゼロとなるであろう。
次に、塗装・乾燥後の膜中にはイオンが通過できる細孔
がある(一般に右鵬物膜の電気仏心はイオン伝導に基づ
く)。膜表面から股下の金属までの細孔の長ざをe、細
孔中の液の比電気伝導度をに1細孔の面積をAとすれば
、膜の電気抵抗R[は次式で表される。
一方、上記面積Aの増加速度はUX*速度(icor)
に比例する(一般に腐食により錆が発生する)ならば、 となり、積分すれば (!nA=(Z・1cOr−t+(?nAO(式4)と
なる。ここで、αは定数で(面積増加効率)、AOは初
期面積。
今、開化面積率を8%とすれば、 S%=(A/5)X100       (式5)で表
され、ここでSは測定面積(全面積)である。
そして、この8%の経時変化は式3、式4より、で表わ
すことができる。この関係を図示すると、図1となる。
次に、式2と式4より次式が得られる。
これを図示すれば、図2となる。
一方、式2、式5より、次式が得られる。
すなわち、&/にの値がわかれば、ある開化面積率に相
当する塗膜抵抗1直が算出でき、従って図2より、その
値まで外挿すれば、その開化面積率になるまでの期間が
求められる。
以上、塗膜の電気抵抗を追跡することにより寿命を予測
することができる。ところが、これは自然下での塗膜抵
抗を追跡して、寿命を予測することになり、早期に予測
することば困難である。すなわち、この方法は劣化を促
進させるための力を追加していない。
それ故、 今、外部電源より、電流 i(A/cmz)を塗装鋼板
に流すと、式3は、次式となる。
印加電圧(過電圧)Eとすれば と41すEが大きく、1cor((iならば、弐9、式
10より 児かけ電流Iは式10より、下式で表される。
りなわら、ある過電圧Eで電解した場合の電流の経時変
化は式14で表され、これを図示すると図3となる。
そして、式5、式14より、見かけ測定電流値Iと開孔
面積率S%の間には次式の関係があるの)〈/eの11
CIがわかれば、8%になるときの電流値が計弾でき、
その゛電流値から図3のように、その間孔率S%になる
時間(T1)が求まる。今、いくつかの電圧(E)で実
験し、図3の関係を求め、切片、傾ぎから各々の電圧に
おける 解促進許容範囲であると決定することもでさる。
一方、外部電源によって、塗装鋼板に電圧Eを印加した
場合、電流Iの経時変化は図4となる。
すなわち、ある時間(tx)になれば、゛電流は急激に
増大する。この原因は、膜中の孔の内部の;1り比電導
度に、あるいは、孔の長さeが異なるためである。言い
かえれば、Kとeが大きく変化Jる時刻がT1である。
この変化要因を孔の開孔面+りにおく。
開孔面積がある値A1以上になると、外部溶液が塗膜孔
内部へ浸入し、Kが急増大する。これにともなって、電
位勾配が]曽太し、膜の厚さとほぼ等しい貫通孔が生じ
る。従って、T1と電圧Eの関係は、式12より下式で
表される。
験を行い、T1を求めたとする。 このとき、(TI 
XE)の直が、各電圧において、一定の値であれば式1
6は不適当なものでないことが支持図5のプロットを行
ない、−1の傾きを持つ直線がの1直を評1曲すること
ができる。
ところで、自然状態下におけるT1は式4より、次式で
表わされる。
本発明者らは、自然状態下におけるT1を早期に予測し
たい。図5の切片より求めた値て、i corの値を他
の方法で求め、適当に見積ることによって、自然状態下
におけるT1を算出することができる。
以上の取扱いは、式16と式17を対比すれば明らかな
ように、外部の電源によって、EVの過電圧を加えると
、 次にT2の予測について記する。上記のT1の予測法と
同様であり、(例えば開孔面積率S%が5%に至るまで
の時間がT2である。ただし、この5%は限定された値
でなく任意に決定すればよい)、式17が式18に、式
16が式19に各々対応する。
すなわち、図5において、たて軸を10(JT2とし、
直線関係がみられれば、上記のT1と同様の取扱いによ
り、T2が算出できる。
以上、説明したように、塗装鋼板に電圧を印加すること
により寿命に至る期間を短縮させ、かつ自然状態下の寿
命に至る期間を予測することが可能である。そして、上
記で説明した取扱いについて、天測し、その有効性を確
認する試験を長年月にわたり実施し、本発明に至った。
以下、本発明の実施例について説明する。
(実施例) 被塗物金属は主に鋼板、被覆物は全て市販の塗料、ライ
ニング材料を塗布して、被覆金属を作成し lこ 。
そしで、この被覆金属を実際の海中に浸漬及び、大海の
干満帯に設置し、試験に供した。そして、目視観察並び
に、電圧印加下と電流の追跡を行なった。なお、被覆物
の組成、内容については本発明の(14成に直接関係無
しとも考え、特に記載しないことにした。
基本的測定の構成は図6である。1は大海で、海中に白
金あるいはカーボン・鋼・亜鉛などの対4油2を設け、
これを直流電源3の一端に導線4で接線し、他方、被覆
された金属である試験板5を海中1、又は干満帯1′に
試験板5′を設置し、各々0線6.6′を切換器7を介
して、直流電源3の他端に接続した。すなわち、対極2
と試験板5又は5′ との間に、直流電圧を印1J11
でさるにうにした。そして、この時、流れる電流を電流
計8により計測した。なお、電圧の依存性あるいは?F
θ中、干満帯あるいは試験板の種類、膜厚なと多くの因
子の関係を把握することも必要であり、かつ、長年月を
必要とするため、上記の図6の構成の装置を多数配置、
あるいは切換器7を自ΦiJ的に切換えて順次各試験板
に流れている電流を計2則できるようにした。すなわち
、加電圧切1% Rにピロボルトとならないように図7
の切換器を用いた。
試験板5−1.5−2.5−3のように(図では3つの
板を設置)3つの板と対極2の間に心線で、リレー1−
1〜1−6及び、電流計8、直iん電源3を各々設けた
今、各試験板に接続されたリレー、Lz、L:+及びL
5は閉接点であるため、各試験板は直流電源3に接続さ
れていることになり、対極2により、加電圧されている
状態にある。
一方、電流計8にはリレーL2のみ閉接点であり、試験
板S−1のみの電流が計測されることになる。
そして、試験板5−2に流れている電流を計測するには
、まず、リレーL4を閉接点に、次いで、Llを開、L
2 、L3を間接点にずれば試験板5−1と対極2との
間は開回路状態になることを防止できる。試験板5−2
の場合も同様である。
又、電流値の整理、あるいは計算などに人手が必要であ
り、かつ夜間、休日などの測定も人手では困難であり、
このため電流の自記記録、ざらにはアナログ/デジタル
変換器を有して、コンピューターにデーターを入力させ
自動的にデーター集録・解析できる構成とした。その構
成について図8により説明する。
海1に設置された各試験群5a 、5b 、5c、及び
5dには多数の試料を設け、各々の試料詳には切換器7
a、7b、7c、及び7dを設け、又、電源3a 、3
b 、3c 、3d及び電流計8a、8b、8C18d
、及び対極2a、2b、2c、2dを設けた。そして、
各資料群の電流計の出力を切換器9を介して、順次アナ
ログ/デジタル変換器10に入力し、かつこの出力をコ
ンピューター11に入力した。そして測定値あるいは計
算結果をプリンターに表示させた。なお、−ヒ記切挽器
を制御するための制御器13及びコンピューターを制御
するためのプログラム14を設【プ自動運転できる構成
とした。
以上の構成で種々の被覆金属の測定を実施した。
各種被覆鋼板を大海干満帯に設置し、錆の状態を追跡し
た一例が図9である。塗料△、B、C共直線関係が得ら
れ、前記した図1を支持(弐〇)することを示している
。又、実海水中に設置した塗料りの一列が図10で、極
めて劣化は遅いがやはり直線関係となっている。
一方、前記した図2の関係も実験で確認したが1、実際
の海の温度は日間、季節間で変動するため、塗膜抵抗値
は温度の補正をすることが必要である。
その−例(ライニング材E)が図11であり、この勾配
より、例えば瀬戸内向の冬季の平均向水温度略9℃、夏
場の海水温度略24°C及び通年の平均温度16.5°
Cとして、通年温度へ補正する補正1直を求めると表1
となる。
そして、ここでは略2000時間以後一定値と考え、2
000時間以後の補正値を採用することにした。
次に前記しIζ細孔長ざ、e及び到孔内の液の比伝導度
Kを求めることは極めて困難である。従ってこれらの値
の測定方法によっては、本発明から1qられる寿命のI
iQは不正確になる。ずなわら、特に前記した図4中の
T1に誤差が生じる。但し、図14中のT2は主に孔の
中に海水が混合するため、海水の比電導度K及びeは膜
厚を採用ずれば特に問題がない。そこでT1に関係する
Kとeについては次のような(1αの採用を試みた。
例えば、ガラスフレークのような平板状の物質を膜中に
含有させると、フレークの中はイオンがcd入しないた
め、イオンの通路は良くなる。すなわち図12のように
、今、レンガ積みのようになっていたとするならば、イ
オン通路は図12中の点線の長さとなる。そこで、平板
状のフレークの1グみと、フレークの長さ、及び膜の厚
さ方向に対して存在するフレークの枚数を顕微鏡でhQ
 ?し、イオン通路を計算すると、試験に供したライニ
ング材Eの被覆膜ならば、膜厚の略10倍が細孔の長さ
eであることが推測された。従って以後、T1の決定に
際しては、ライニング材[では、この値を採用した。次
にKについては各温度の海水及び各in度のNacI液
、イオン交換水に1摸、あるいは粉砕した膜を浸漬し比
電導度の変化を追跡した結果、ライニング材Eでは約1
00X10”  −3/cmのに値を得た。それ故、以
後この値を採用することにした。
一方、一般の冷間圧延鋼板の腐食電流T、 corも実
海水中及び各温度で計測した結果、表2の値を得7C6
従って本実施例ではこれらの値を採用した。
次に式15に示したように、ある開孔率S%IRを代入
すれば、その間孔率での電流値が算出できる。そこで、
例えば、ライニングIJ Eを1200μmの厚さで被
覆した鋼板の場合、Kは100μ・/am、 l;tl
 200μm X 10、そして全没)Q面積(測定面
積)S&70cm2とする試験を行った場合、かつ8%
を0.03%(前記したASTMでは錆が観察される最
小の値が0.03%と定義されている)とすれば、各印
加電圧下での電流1直は表3となる。
そこで実海水下の各印加電圧下での電流が表3になるま
での期間T1を求めた。この−例を図13に示した。実
測値が図中のQ印で、表1のl1fiを用いて温度を補
正したのが・印である。この結果、−1の勾配の直線が
1昇られ、前記しlc図5の関係、づなわら式16は不
適当でないと考え、前記の考えが支持できた。よって、 であり、一方e/1<は上記した値を用いて、1200
timxlO/100μ・S/cm = 1.2X10
’である。そして、l corは表2の値を用いて、自
然状態下のT1は次のように算出できる。
1.3X1011 =14.8年 すなわら、T1の予測値は14.8年である。
次に、例えば片面7Qcm2の被覆面積(片面のみ試験
用膜を被覆し裏面、端面は別のより高性能膜で保護)中
にドリルで2mmφ程度の穴を膜にl?tfけると開孔
面積率S%は約0.03%である。このように予め膜に
穴を開けた試験板に電圧を印加して、電流及び穴の広が
り面積率を追跡Jるど前記したように電流と開孔面(へ
率は対応するはずである。この測定の一例を図14に示
した。なJ5、電流(1αば面積率を対応したので省略
した。厚膜型で寿命の長い被覆膜ならば、この図14に
示すように膜EとFでは増加速度が同じであった。
そして、開孔面積率S%が、0.03%から5%になる
までの期間(T2・・・ここでは寿命を5%としIC)
、各印加電圧を加え、実海水下で求めた結果が図15で
ある。なお、ここでは実高水の温度が季節により変化す
るため、測定した季節の平均温度を用い、表5の値から
温度補正を行った。
図15に示すように加電圧0V、−Jなわち、対極の電
位まで外挿すると、自然状態下でのT2Lt7゜2年と
の値が1がられる。ちなみに、前記した図10の自然状
態下での錆発生面槓率を目視で追跡した結果の直線を外
挿し、0.03%〜5%になる期間の6.5年とよく一
致した。
以上のように実施例によって、本発明を裏付ける理論と
実測値は一致したことより、本発明は極めて信頼性のあ
る予測法を提供できるものと言える。ちなみに、図9の
場合、例えば5%になるまでの期間が短いため、上記し
た本発明の取扱いで電()?とを追跡し予測を試みた。
その結果、極めて良い一致性が得られノ〔。なお、上記
したT1とT2を合計した期間が、その被覆金属の寿命
となるため、例えば図13の14.8年と図15の7.
2年を合算すると、このライニング材Eを被覆した2m
板では22年の寿命であると判定できる。
一方、土中のバーrブラインの寿命なども同様な取扱い
で予測することが可能であった。また、上記したように
直流電圧を印加することにより1〜2力月で20年以後
の寿命を持つ被覆金属の寿命も予測でき、又、理論的に
も支持されることを示している。
このように本発明は、実際の構j点物での環境でも試験
でき、従来のように各種促進環境下での劣化と異なり、
環境間の差異を予め把(1星づることな〈実施できる。
更には、実際の構造物でモニターすることも可能である
。1すし、この場合、寿命を促進させ、より早期に寿命
を予if!’I ’Jること(,1できないくもし、そ
の環境下に試験板を別に設置づれば早期予測できる)。
しかし、初期の経時変化より、予測することはできるが
、本発明の1与徴は「より早期に、自然下での寿命を予
測する」ことができることにある。
以上、本発明は実施例に限定されることがなく、有傭物
、又は有機・無機混合物を被覆した全ての実用下の金属
の寿命を予測するものであって、又、計算等はコンピュ
ーターを接続することにより、極めて容易になっており
、必ずしも前記した各々の図の表示は不要である。
手続谷1j正♂  (方式) 昭和57年ノ2月21日 持許庁長宮殿 昭和59年特許願第177221号 2、発明の名称 被覆金属の7?命予測方法 37市正をする者 4、?i[i正命令の日付二(方式)  昭和59年1
1月27日5.7fn正の対条 願書の添付書類の項および明[1円の発明の詳IIIな
説明明lll書のン山正 (1)明I11[第25頁〜32頁を削除する。
(2)明細書 第24頁末行に下記を挿入する。
【図面の簡単な説明】
第1図  目視による塗装鋼板のり股上の錆光りニ面f
V率の経時変化 第2図  塗装された塗膜の電気抵抗の経時変化第3図
  ある過電圧Eで几解した場合の電流の経11、ν変
化を表したものである 第4図  塗装鋼板に゛:U圧Eを引火しIこ場合、;
■1流lの経時変化を表したものである 第5図  各々の塗装鋼板に各々電月にを印加したどき
に孔が発生り゛る各々の期間T1とのIWlf系第6図
  基本的測定の構成である 第7図  つ装鋼板に流れる電流を測定するための切替
器を表したもの 第8図  8独の電圧を塗装鋼板に印加するだめの電気
的回路 第9図  実714 干満帯でのバクロ結果第10図 
実海水での浸ii’r結果 第11図 塗膜抵抗の温度依存性 第12図 塗IIQ内のイオン通路の1第13図 分4
に試験による各電圧印加下のT+の測定結果 なJ5、○印は補正前 θ印は温度補正後 第14図 50V印加入に於ける孔の広がりの経時変化 第15図 分(か試験による5%間孔率による時間 」
(3)明細書末尾に別紙図面を挿入する。 以上 (図1) (図2) 時間 t (図3) (図4) (図5) (図6) 、(図9) (図10) t (年) (図11) 16.5℃ (図12) (図13 ) E (t) (図14 ) too       200 t  (hr) (図15) (vs、カーボン)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)有機物又は有機・無機の混合物で被覆された金属に
    対して、白金・カーボン・亜鉛・鋼などの対極を用いて
    、1V〜100Vの任意の直流電圧を印加し、この時流
    れる電流を測定し、電流の経時変化を予め電流より算出
    される前記の被覆された膜の任意の開孔面積に相当する
    電流値まで外挿し、この時の時間を寿命とすることを特
    徴とする被覆金属の寿命予測方法。 2)有機物又は有機・無機の混合物で被覆された金属に
    対して、白金・カーボン・亜鉛・鋼などの対極を用いて
    、1V〜100Vの間の任意のいくつかの直流電圧印加
    下で、電流が急激に増加する時間を各々求め、この時間
    と電圧との関係より、電圧0Vまで外挿したときの時間
    を、前記の被覆された膜の開孔時間と予測することを特
    徴とする被覆金属の寿命予測方法。 3)有機又は有機・無機の混合物で被覆された金属の寿
    命を、錆発生面積率又は被覆された膜の開孔面積率0.
    03%〜10%の任意の値に予め定義する場合に於て、
    その値になる電流を予め弾出しておき、前記の被覆され
    た金属に対し、白金・カーボン・亜鉛・鋼などの対極を
    用いて、1V〜100Vの任意の直流電圧を印加し、こ
    の時流れる電流を測定し、その電流追跡での電流値が、
    予め算出された電流値と一致するときの時間を測定する
    ことを特徴とする被覆金属の寿命予測方法。
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