JPS6357736B2 - - Google Patents

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JPS6357736B2
JPS6357736B2 JP14449982A JP14449982A JPS6357736B2 JP S6357736 B2 JPS6357736 B2 JP S6357736B2 JP 14449982 A JP14449982 A JP 14449982A JP 14449982 A JP14449982 A JP 14449982A JP S6357736 B2 JPS6357736 B2 JP S6357736B2
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JP
Japan
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corrosion
impedance
frequency
resistance
painted metal
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JP14449982A
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English (en)
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JPS5934143A (ja
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Akira Sudo
Shiro Haruyama
Tooru Tsuru
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku Electric Power Co Inc
Original Assignee
Tohoku Electric Power Co Inc
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Publication date
Application filed by Tohoku Electric Power Co Inc filed Critical Tohoku Electric Power Co Inc
Priority to JP14449982A priority Critical patent/JPS5934143A/ja
Publication of JPS5934143A publication Critical patent/JPS5934143A/ja
Publication of JPS6357736B2 publication Critical patent/JPS6357736B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は交流インピーダンス法を用た塗装金
属の腐食測定方法およびその装置に関する。
周知のように、例えば石油タンクの腐食防止は
災害防止、資源流出防止上極めて重要である。一
般に、石油タンクの底板内面の防食には塗装塗
膜、外面にはマツトにアスフアルトが用いられ、
金属を腐食環境から遮断している。しかしなが
ら、塗装塗膜の下の金属も時間を経過するに従い
腐食が生じる。このため、漏れ油等の重大事故防
止の基礎となる塗膜の劣化および塗膜下金属の腐
食速度を計測する技術の開発が要望されている。
塗膜劣化や塗膜下金属の腐食速度を電気化学的
に測定するには交流法と直流法がある。このう
ち、直流法は塗膜が有する極めて高い抵抗成分が
誤差の原因となるなど欠陥を有しているため、こ
の方法についての妥当性は十分検討されていな
い。
一方、交流法を代表する交流インピーダンス法
の塗膜研究への応用は「新版電気化学便覧、電気
化学協会編、昭和39年12月25日丸善発行、21−
2・2;交流試験法」あるいは「電気化学、28、
695−698(1960)」等に示される如く種々行われて
おり、塗装金属のインピーダンスの周波数特性を
塗装金属の電気的等価回路により解釈するこころ
みがなされている。しかし、塗装金属の交流イン
ピーダンスとこれら等価回路の関係は塗膜の迅速
評価という目的で考案されているが現実の塗膜を
単純化しすぎているため、現実の塗膜の劣化機構
や塗膜下金属の腐食速度の推定および計測にこれ
らの方法を採用することは困難である。
さらに、塗膜下腐食については「J.Electro−
anal.Chem.、118、259(1981)」あるいは
「Electrochemical Corrosion Testing、
ASTMSTP77”、Eds.F.Mansfeld&U.Bertocci、
ASTM、1981、P.187」、「J.Oil Colour Chem、
Assoc.、64、83、119、140(1981)、65、11
(1982)」等に開示されているが、腐食の進行状態
と測定結果の対応およびそれらの理論的な解析は
十分といえず、塗膜劣化と塗膜下腐食の様子を正
確に測定し得るものではなかつた。
この発明は上記事情に基づいてなされたもの
で、その目的とするところは実際の塗装金属の腐
食反応と良く一致した電気的等価回路を設定する
ことにより、実際の塗装金属の塗膜および塗膜下
金属の腐食状態を正確に測定しようとするもので
ある。
以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。
先ず、塗装金属の電気的等価回路について説明
する。塗装金属の電気的等価回路は従来第1図に
示す回路と考えられている。ここで、Reは溶液
抵抗、Re′は塗膜欠陥部の抵抗、Rtは電荷移動抵
抗、Wは拡散インピーダンス、Cfは塗膜容量、
Cdlは腐食界面二重層容量である。この等価回路
では腐食反応のインピーダンスをアノード反応と
カソード反応の合成として表示している。しか
し、実際の腐食反応はアノード反応とカソード反
応が全く独立な物質種による場合が多く、物質移
動や反応速度はそれぞれ独立である場合が殆んど
である。
一例として、水中での塗装金属の腐食反応を示
す。即ち、第2図は鉄21の表面に塗膜22を形
成し、これを水中に浸漬した場合における腐食反
応を示すものである。塗膜22が形成された鉄2
1を水中に浸漬すると、短時間のうちに塗膜22
に水および酸素が浸透し、鉄/塗膜界面を生じ
る。浸透してきた酸素と水により O2+2H2O+4e→4OH- (カソード反応) Fe+2H2O→Fe(OH)2+2H++2e (アノード反応) が生じ腐食反応が進行する。
上記アノード反応は塗膜22を浸透して鉄21
の表面に達するH2Oに支配されるが、カソード
反応はH2OとO2に支配される。分子の大きさは
H2Oに比べてO2のほうが大きいため、O2のほう
が塗膜を浸透しにくい。したがつて、カソード反
応は塗膜を通過して鉄の表面に達するO2の塗膜
への拡散に支配される要素があり、これが拡散イ
ンピーダンスWとして表われる。また、この値は
周波数特性上は関数として表わされる。一方、ア
ノード反応はO2に支配されるカソード反応に対
して、塗膜に侵入しやすいH2Oのみに支配され
るため、反応に要する物質が十分に存在する。よ
つて、拡散インピーダンスは考える必要がなく、
腐食面での電荷移動抵抗のみを考えればよい。ま
た、アノード反応とカソード反応は異種電荷の移
動であり、異なる抵抗表示を行う必要がある。し
たがつて、これらの事項を勘案すると塗装金属の
電気的等価回路は第3図に示すようになる。ここ
で、Rsplは溶液抵抗、Rfは塗装抵抗、Raは腐食面
アノード部抵抗、Rcは腐食面カソード部抵抗、
Wはカソード部の酸素拡散による抵抗、Cfは塗膜
容量、Cdlは腐食界面二重層容量である。この等
価回路の特性は実際の試料を交流インピーダンス
法によつて測定した場合の特性と良く一致する。
例えば測定試料としてJIS3141の鋼板にアスフ
アルトあるいはエポキシ塗料を塗布したものを用
い、この試料と電極としての前記鋼板あるいは白
金黒板を酸性食塩水(室温)に浸漬し、この試料
および電極に5mV以下の交流信号を供給した場
合、周波数対インピーダンス特性(ボード線図)
は第4図に示すようになる。第3図に示す等価回
路における各抵抗、インピーダンス、容量を所定
の値に設定した場合、第4図に極めて一致した特
性が得られる。第3図に示す等価回路と第4図に
示す特性の対応関係は次のようになる。
高周波(10MHz以上)では溶液抵抗Rsのみと
なり、それよりやや低い周波数(中周波:10KHz
〜1MHz)では溶液抵抗Rsと塗膜抵抗Rfの和とな
る。また、極めて低い周波数(超低周波:1Hz以
下)では溶液抵抗Rs、塗膜抵抗Rfおよび腐食面
アノード部抵抗Raの和となる。したがつて、塗
装金属に前記同様の高周波信号SH、中周波信号
SM、超低周波信号SLを供給し、このときの塗装
金属の交流インピーダンスZ〓H,Z〓M,Z〓Lをそれぞ
れ測定すれば、 Z〓H=Rspl Z〓M−Z〓H=Rf Z〓L−Z〓M=Ra という演算により溶液抵抗Rspl、塗膜抵抗Rf、腐
食面アノード部抵抗Ra求めることができる。ま
た、腐食速度(金属の腐食による溶解速度)Vcpr
は Vcpr=K/Ra(K:定数) なる演算によつて求めることができる。尚、定数
Kは理論的あるいは実験的に求められるものであ
る。また、Rspl≪Rfの場合ZHの測定は不要であ
る。
次に、上記原理に基づくこの発明の装置につい
て説明する。
第5図において、被測定体51は例えば石油タ
ンク等であり、この被測定体51には所定の塗装
が施されている。この被測定体51の測定部52
には対向して例えば1cm□ の白金電極53が設け
られる。この白金電極53と測定部52の間隔は
例えば5cmに設定される。これら測定部52,電
極53には発振器54の出力信号が標準抵抗55
を介して供給される。前記発振器54は約5mV
の高周波(約50MHz)、中周波(約10kHz)、超低
周波(約0.01Hz)の交流信号を所定間隔毎に順次
出力するものである。
一方、電流測定器56は測定部52に流れる電
流を標準抵抗55の電圧降下として求めるもので
ある。この電流測定器56より出力される各周波
数に対応した電流値はインピーダンス測定器57
に順次供給される。このインピーダンス測定器5
7は前記測定された電流値に対応して交流インピ
ーダンスを求めるものであり、 Z=V/I 但し、 V:発振器の出力電圧 I:測定された電流値 なる演算を行うものである。この演算が各周波数
に対応した電流値に対してそれぞれ行われ、Z〓H
Z〓M,Z〓Lなる交流インピーダンスが求められる。
これら交流インピーダンスZ〓H,Z〓M,Z〓Lはそれぞ
れ演算部58に供給される。このうち、交流イン
ピーダンスZ〓HおよびZ〓Mは加算器581に供給され、
Z〓MからZ〓Hが減算される。即ち、 Z〓M−Z〓H=Rspl+Rf−Rspl=Rf なる演算が行われ、塗膜抵抗Rfが求められる。
また、交流インピーダンスZ〓MおよびZ〓Lは加算器
582に供給され、Z〓LからZ〓Mが減算される。即ち、 Z〓L−Z〓M=Rspl+Rf+Ra−(Rspl+Rf)=Ra なる演算が行われ、腐食面アノード部抵抗Ra
求められる。さらに、この求められた腐食面アノ
ード部抵抗Raは逆数変換器583に供給され逆
数、即ち1/Raの値が求められる。この値は乗
算器584に供給され、 Vcpr=K/Ra(但し、Kは定数) なる演算が行われて腐食速度Vcprが求められる。
この腐食速度Vcprおよび前記求められた溶液抵抗
Z〓H=Rspl、塗膜抵抗Rf、腐食面アノード部抵抗Ra
は記録部59に供給され、それぞれ記録される。
上記動作が所定時間間隔毎に繰返し行われ、
Rspl,Rf,Ra,Vcprが連続的に記録される。しか
して、このRspl,Rf,Ra,Vcprの変化から塗膜お
よび塗膜下金属の腐食状態を監視することができ
る。
尚上記実施例では電極53として白金を用いた
が、材質、形状および設置間隔等は種々変形可能
である。
また、インピーダンス測定器57は発振器54
の出力電圧を固定したものとして交流インピーダ
ンスを求めたが、発振器54の出力電圧をインピ
ーダンス測定器57に導びき、この出力電圧によ
つてインピーダンスを求めれば、より正確なイン
ピーダンスを求めることができる。
その他、この発明の要旨を変えない範囲で種々
変形実施可能なことは勿論である。
以上、詳述したようにこの発明によれば、腐食
反応をアノード反応とカソード反応に分離して実
際の塗装金属の腐食反応と良く一致した電気等価
回路を設定している。そして、繰返し出力される
高周波、中周波、超低周波を用いて測定した被測
定体の交流インピーダンスから前記等価回路に対
応した溶液抵抗、塗膜抵抗、腐食面アノード抵抗
および腐食速度を求めている。したがつて、実際
の塗装金属の塗膜および塗膜下金属の腐食状態を
正確且つ連続的に測定することができ、実用上の
効果が極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の塗装金属の電気的等価回路を示
す図、第2図は塗装金属の腐食過程を説明するた
めに示す図、第3図はこの発明に係わる塗装金属
の電気的等価回路を示す図、第4図は実際の塗装
金属のボード線図と第3図に示す電気的等価回路
の特性を対比して示す図、第5図はこの発明に係
わる塗装金属の腐食測定装置の一実施例を示す構
成図である。 51……被測定体、54……発振器、56……
電流測定器、57……インピーダンス測定器、5
8……演算部、59……記録部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 塗装金属の腐食反応をアノード部、カソード
    部が分離された電気的等価回路として設定し、前
    記塗装金属およびこれに対向された電極間に高周
    波、中周波、超低周波信号を供給して各周波数に
    おける交流インピーダンスを測定し、これら交流
    インピーダンスより前記等価回路に対応した抵抗
    値を求め、これより塗装金属の腐食状態を測定す
    ることを特徴とする塗装金属の腐食測定方法。 2 塗装金属およびこれに対向された電極に高周
    波、中周波、超低周波信号を繰返し供給する手段
    と、この各交流信号に対応して前記塗装金属およ
    び電極間の交流インピーダンスを求める手段と、
    前記中周波における交流インピーダンスより高周
    波における交流インピーダンスを減算して塗膜抵
    抗を求め、超低周波における交流インピーダンス
    より中周波における交流インピーダンスを減算し
    て腐食面アノード部抵抗を求めるとともに、この
    腐食面アノード部抵抗の逆数より塗膜下腐食速度
    を求める手段と、これら求められた値を記録する
    手段とを具備したことを特徴とする塗装金属の腐
    食測定装置。
JP14449982A 1982-08-20 1982-08-20 塗装金属の腐食測定方法およびその装置 Granted JPS5934143A (ja)

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US5221893A (en) * 1990-04-09 1993-06-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Method and device for diagnosis of paint film deterioration

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