KR102274158B1 - 부식 감시 장치 - Google Patents

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Abstract

절연 기판(4)과, 절연 기판 상에 배치되고, 스테인리스에 의해 구성된 스테인리스판(1)과, 스테인리스판에 접합하여 있고, 스테인리스보다도 부식 전위가 낮으며, 또한, 스테인리스보다도 전기 저항률이 작은 알루미늄에 의해 구성된 알루미늄편(2)과, 스테인리스판에 접속된 인출 전극(3, 3)을 갖는 센서부(10a)와, 당해 센서부에 전류를 통류시켰을 때에, 상기 센서부의 전기 저항을 측정하는 저항계(5)를 구비하는 부식 감시 장치(10)로 한다.

Description

부식 감시 장치
본 발명은, 전기전자 장치가 설치되어 있는 옥내외의 환경을 대상으로, 당해 환경 중에 존재하는 염분이나 진애(塵埃)의 부착에 의한 금속의 부식 정도를 감시하는 부식 감시 장치에 관한 것이다.
전기전자 장치에서는, 대상 장치를 안정적으로 가동시킬 목적을 위하여, 장기에 걸친 신뢰성이 요구되고 있다. 또한, 고속화나 스페이스절약화를 위하여, 대부분의 전기전자 장치에 있어서 고밀도 실장 구조가 채용되고, 미세 배선 구조나 박막 도금 구조로 이루어지는 전기전자 부품이 다수 탑재되어 있다. 이들 전기전자 부품에서는, 장기간의 사용에 의해, 염분이나 진애의 퇴적이 발생한다. 그리고, 염분이나 진애가 부착한 전기전자 부품의 금속 표면에서는, 부착하여 있지 않은 표면에 비해서 물의 흡착량이 증가하고, 전기전도도가 상승하기 때문에, 부식이 진행하기 쉬워진다. 이와 같은 부식의 진행은 전기 특성이나 자기 특성을 변동시키므로, 전기전자 부품의 고장이나 오동작이 발생하기 쉬워진다.
단, 염분이나 진애의 퇴적량은, 전기전자 부품의 설치 환경(설치 장소나 사용 시기, 사용 기간 등)에 따라서 서로 다르다. 즉, 금속 표면의 부식의 진행의 정도는, 전기전자 부품의 설치 환경에 따라서 크게 서로 다르다. 그래서, 환경의 부식성의 정도에 따른 방식(防食) 대책을 설계 및 보수에 반영시키기 위하여, 전기전자 장치의 설치 환경의 부식성을, 간단하게 단기간에 정밀도 좋게, 장기에 걸쳐서 계속 평가할 수 있는 것이 요구되고 있다.
이와 같은 기술에 관련해서, 특허문헌 1에 기재된 기술이 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 소정의 환경 내에 설치된 감시 대상물의 오손의 정도를 감시하는 오손 감시 장치로서, 2개의 전극과, 당해 2개의 전극 간에 걸쳐있는 감습(感濕)재를 구비하는 제1 전극부와, 2개의 다른 전극과, 당해 2개의 다른 전극 간에 걸쳐있는 다른 감습재를 구비하는 제2 전극부와, 상기 2개의 전극 간에 흐르는 제1 전류, 및 상기 2개의 다른 전극 간에 흐르는 제2 전류의 각각을 계측하는 전류 계측부와, 상기 제1 전류의 계측 결과와 상기 제2 전류의 계측 결과를 비교하는 비교부와, 상기 비교의 결과에 의거해, 상기 오손의 정도를 판정하고, 감시하는 판정부를 구비하고, 상기 제1 전극부는, 상기 소정의 환경과 같은 습도 조건을 구비하는 제1 장소에 설치되고, 상기 제2 전극부는, 상기 제1 장소와 같은 습도 조건의, 상기 오손이 없다고 간주할 수 있는 환경을 구비하는 제2 장소에 설치되는 것을 특징으로 하는, 오손 감시 장치가 기재되어 있다.
일본 특허 제5488755호 공보
특허문헌 1에 기재된 오염 감시 장치에서는, 폴리머 수지로 형성된 감습막이 사용되어 있다. 그러나, 설치 환경(특히 공기 중의 습도)은 시시각각 변동하므로, 특허문헌 1에 기재된 오염 감시 장치의 사용에 수반하여, 감습막에 대한 환경(즉 감습막에 접촉하는 공기 중의 습도)도 시시각각 변동한다. 그 때문에, 고습도 환경에 장기간 노출되면, 감습막이 열화(劣化)하기 쉬워지고, 감습막의 열화에 수반하여, 오염 감시 장치에서의 출력 전류가 변동한다. 즉, 만약 같은 환경이었다고 해도, 설치 개시 직후와, 수개월∼수년 경과 후에는, 그 출력 전류가 서로 달라, 부식의 정확한 평가를 행할 수 없다. 그 때문에, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 장기간의 사용이 곤란하다는 과제가 있었다.
또한, 상기와 같이, 감습막의 열화에 의해, 출력 전류가 커질 가능성이 있다. 그러면, 환경 중의 습도에 따라서는, 본래라면 부식 가능성이 낮은 환경임에도 불구하고, 부식 가능성이 높다고 판단되는 출력 전류로 될 가능성이 있다. 이 때문에, 부식 가능성의 평가, 즉, 정밀도가 높은 응답성이 얻어지지 않을 가능성이 있다.
본 발명은 이와 같은 과제를 감안해서 이루어진 것이며, 본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 종래보다도 내구성 및 응답성을 향상하는 것이 가능한 부식 감시 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 행하고, 이하의 지견을 알아내서 본 발명을 완성시켰다. 즉, 본 발명의 요지는, 절연 기판과, 당해 절연 기판 상에 배치되고, 제1 금속에 의해 구성된 제1 금속층과, 당해 제1 금속층에 접합하여 있고, 상기 제1 금속보다도 부식 전위가 낮으며, 또한, 상기 제1 금속보다도 전기 저항률이 작은 제2 금속에 의해 구성된 제2 금속층과, 상기 제1 금속층에 접속된 한 쌍의 전극을 갖는 센서부와, 당해 한 쌍의 전극 간에 전류를 통류시켰을 때에, 상기 센서부의 전기 저항을 측정하는 저항 측정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 부식 감시 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 종래보다도 내구성 및 응답성을 향상하는 것이 가능한 부식 감시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 부식 감시 장치의 상면도.
도 2는 도 1의 I-I선 단면도.
도 3은 제1 실시형태의 부식 감시 장치에 염분이 부착했을 때에 부식이 진행하는 모습을 나타낸 도면이고, 좌측의 도면은 염분이 부착한 직후의 모습, 중앙의 도면은 부착한 염분의 조해(潮解)에 의해 형성된 수막이 스테인리스판과 알루미늄편을 가교했을 때의 모습, 우측의 도면은 가교된 수막에 의해서 알루미늄편의 부식(용해)이 진행했을 때의 모습을 나타내는 도면.
도 4는 스테인리스판과 알루미늄편 사이에서 발생하는 반응 기구를 설명하는 도면.
도 5는 알루미늄편이 용해하는 전후에서의 전기 저항의 등가 회로의 변화를 나타내는 도면.
도 6은 실시예의 부식 감시 장치 및 비교예의 부식 감시 장치에 있어서의, 알루미늄편의 소실수 및 부식 피트수와 전기 저항의 관계를 나타내는 그래프.
도 7은 해수 중에서의 부식 전위와 전기 저항률의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 제2 실시형태의 부식 감시 장치의 상면도.
도 9는 제3 실시형태의 부식 감시 장치의 상면도.
도 10은 제4 실시형태의 부식 감시 장치의 상면도.
도 11은 제5 실시형태의 부식 감시 장치의 상면도.
도 12는 도 11의 II-II선 단면도.
도 13은 제6 실시형태의 부식 감시 장치의 상면도.
도 14는 도 13의 III-III선 단면도.
도 15는 비교예의 부식 감시 장치의 상면도.
도 16은 도 15의 IV-IV선 단면도.
도 17은 염분에 의한 금속판의 부식의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이고, 우측의 도면은 좌측의 도면의 10배 확대도.
도 18은 비교예의 부식 감시 장치를 구성하는 동판의 표면에 발생한 부식 피트의 모습을 나타내는 도면.
이하, 도면을 적의(適宜) 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 형태(본 실시형태)를 설명한다. 최초로, 설명의 사정상, 비교예의 부식 감시 장치에 대하여 설명하고, 다음으로, 비교예의 부식 감시 장치와 비교하면서 실시예의 부식 감시 장치(본 실시형태의 부식 감시 장치)를 설명한다. 또, 같은 부재에 대해서는 같은 부호를 부여하는 것으로 하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 15는, 비교예의 부식 감시 장치(70)의 상면도이다. 또한, 도 16은, 도 15의 IV-IV선 단면도이다. 부식 감시 장치(70)에서는, 절연 재료에 의해 구성되는 절연 기판(4) 상에, 부식 대상으로 되는 박막 형상의 동판(71)이 적층되어 있다. 절연 기판(4) 및 동판(71)은 모두 장척 형상이다. 또한, 동판(71)의 상면이며 장변 방향의 양 단부에는, 한 쌍의 인출 전극(3, 3)이 형성되어 있다. 그리고, 절연 기판(4)과 동판(71)과 인출 전극(3, 3)에 의해, 동판(71)의 부식(녹)을 검지하는 센서부(70a)가 구성된다.
인출 전극(3, 3)에는, 저항계(5) 및 도시하지 않는 전원 장치가 접속되어 있다. 그리고, 이 전원 장치로부터 인출 전극(3, 3) 사이에 직류 전류 또는 교류 전류(예를 들면 수mA 정도)가 흘렀을 때의 인출 전극(3, 3) 간의 전기 저항이, 저항계(5)에 의해 측정된다. 또, 인출 전극(3, 3)의 외표면에는, 도시는 하지 않지만, 부식을 방지하기 위하여, 실리콘 수지나 우레탄 수지, 에폭시 수지 등에 의해 구성되는 보호막이 형성되어 있다.
동판(71)을 구성하는 구리가 부식(즉 염화나 산화)함으로써 얻어지는 염화구리나 산화구리는, 전기 저항이 크다(소위 절연물). 그 때문에, 이와 같은 염화구리나 산화구리가 동판(71)의 표면에 생성됨으로써 발생하는 인출 전극(3, 3) 사이의 전기 저항 변화가, 저항계(5)에 의해 측정되게 된다.
도 15에 나타내는 부식 감시 장치(70)에서는, 부식 대상인 동판(71)이 부식하는 것에 수반해서 증대하는 전기 저항값에 의거해, 부식량이 측정된다. 즉, 본 발명자의 검토에 의하면, 전기 저항값의 변화량과, 비래(飛來)한 염분이나 진애의 부착량 및 동판(71)의 부식량과의 사이에는, 상관이 있는 것을 알 수 있었다. 그래서, 이 전기 저항값의 변화량에 의거해서, 염분이나 진애의 부착량이나 동판(71)의 부식량을 평가할 수 있다. 구체적으로는 예를 들면, ISO11844-1 규격에 의해, 환경의 부식성을 진단할 수 있다.
여기에서, 염분에 의한 금속판의 부식에 대하여, 도 17을 참조하면서 설명한다.
도 17은, 염분에 의한 금속판의 부식의 모습을 나타내는 도면 대용 사진이고, 우측의 도면은 좌측의 도면의 10배 확대도이다. 이 도 17에서 사용한 금속판은 동판이고, 도 17은, 동판의 표면에 형성된 염입자(후기하는 염분(6)에 상당)와 그 주위에 발생한 부식 영역(후기하는 도 18에 나타내는 부식 피트(11)에 상당)을 나타내고 있다. 도 17의 우측의 도면에서는, 염입자는 상면에서 보았을 때 거의 원형 형상이고, 부식 영역은 상면에서 보았을 때 염입자를 둘러싸듯이, 거의 원환 형상이다. 그리고, 도 17의 우측의 도면에 나타내는 바와 같이, 직경 수10㎛의 염입자가 50㎛∼100㎛ 정도의 간격으로 부착하여 있고, 염입자가 조해해서, 염입자 주위의 수막 하에서 부식 영역이 형성되어 있다.
도 18은, 비교예의 부식 감시 장치(70)를 구성하는 동판(71)의 표면에 발생한 부식 피트(11)의 모습을 나타내는 도면이다. 부식 감시 장치(70)가 염분이나 진애가 비래하는 환경에 폭로되었을 때, 부식 감시 장치(70)(보다 구체적으로는 센서부(70a))를 구성하는 동판(71)에는, 염분이나 진애가 부착한다. 이때, 염분이나 진애는, 상기한 도 17을 참조하면서 설명한 바와 같이, 50㎛∼100㎛ 정도의 간격으로 부착하는 것으로 생각할 수 있다. 그 때문에, 동판(71)의 표면에 발생하는 부식 영역인 부식 피트(11)도, 50㎛∼100㎛ 정도의 간격으로 발생하는 것으로 생각할 수 있다.
단, 부식 감시 장치(70)에서는, 부식 대상의 동판(71)이 균일하게 부식하는데 수반하여 증대하는 전기 저항값의 변화에 의거해, 부식 정도가 감시(평가)된다. 그 때문에, 도 18에 나타내는 바와 같이, 국소적으로 발생하는 부식 피트(11)와 같은 국부 결함에 대해서는, 전기 저항값의 감도가 낮아, 염분이나 진애에 의한 국부 부식을 정확하게 감시하는 것이 어렵다. 특히, 상세는 도 6을 참조하면서 후기하지만, 본 발명자의 검토에 의하면, 도 18에 나타내는 바와 같이 부식 피트(11)가 국소적으로 형성됨으로써 단면적이 감소해도, 전기 저항값의 변화는 근소하여, 응답 감도가 좋지 않다고 생각할 수 있다. 그래서, 본 발명자는, 내구성이 우수함과 함께, 응답성도 우수한 부식 감시 장치의 검토를 행했다.
도 1은, 제1 실시형태의 부식 감시 장치(10)의 상면도이다. 또한, 도 2는, 도 1의 I-I선 단면도이다. 부식 감시 장치(10)에서는, 상기한 부식 감시 장치(70)와 마찬가지로, 저항계(5)(저항 측정 장치)에 의해, 스테인리스판(1)에 접속된 인출 전극(3, 3) 간의 전기 저항이 측정된다. 단, 도 1에 나타내는 부식 감시 장치(10)에서는, 절연 기판(4)의 표면에는, 평판 형상의 스테인리스(SUS, 스테인리스강, 제1 금속)판(1)이 접합(적층)하여 있다. 또한, 스테인리스판(1)의 표면에는, 상면에서 보았을 때 원형 형상의 알루미늄(제2 금속)편(2)이 산점적으로 복수 접합(적층)되어 있다. 즉, 부식 감시 장치(10)를 구성하는 센서부(10a)는, 스테인리스판(1)과, 알루미늄편(2)과, 인출 전극(3, 3)과, 절연 기판(4)을 구비해서 구성된다.
그리고, 알루미늄편(2)을 원형 형상으로 형성함으로써, 스테인리스판(1)에의 알루미늄편(2)의 접합 시에, 알루미늄편(2)의 두께를 균일하게 하기 쉬워진다. 그 때문에, 알루미늄(2)이 부식할 때에 알루미늄편(2)이 균일하게 부식하기 쉬워지고, 알루미늄편(2)의 국소적인 부식이 방지된다. 또한, 진애나 염분의 부식 위치에 상관없이, 수막(7)(후기한다)의 알루미늄편(2)에의 접촉 부위는, 알루미늄편(2)의 외주를 구성하는 원의 일부(원호)이다. 그 때문에, 진애나 염분의 부식 위치에 상관없이, 부식의 진행의 정도가 같아지고, 이 점에서도, 알루미늄편(2)의 국소적인 부식이 방지된다.
또한, 알루미늄편(2)은, 인접하는 알루미늄편(2)이 정육각형(2A)의 각 정점의 위치로 되도록, 복수 개 접합되어 있다. 이것에 의해, 인접하는 알루미늄편(2)끼리의 간격을 동등하게 할 수 있다. 그 때문에, 진애나 염분의 부착 위치에 상관없이, 각각의 알루미늄편(2)을 특히 같은 태양으로 부식하기 쉽게 할 수 있다.
알루미늄편(2)의 두께는, 예를 들면 10㎛ 정도 이하, 바람직하게는 1㎛ 정도 이하이다. 또한, 원형의 알루미늄편(2)의 크기는, 예를 들면 그 직경으로서 50㎛∼100㎛ 정도이다. 또한, 인접하는 알루미늄편(2)의 간격은, 예를 들면 50㎛∼100㎛ 정도이다. 스테인리스판(1)은, 판재를 사용해도 되고, 예를 들면 스퍼터링이나 증착, 도금 등에 의해, 절연 기판(4)의 표면에 접합할 수 있다. 또한, 알루미늄편(2)은, 예를 들면 스퍼터링이나 증착, 도금 등에 의해, 스테인리스판(1)의 표면에 접합할 수 있다.
또, 상세는 후기하지만, 스테인리스강과 알루미늄의 부식의 하기 쉬움을 비교하면, 스테인리스강(제1 금속)은 부식하기 어렵고(부식 전위가 높다), 알루미늄(제2 금속)은 부식하기 쉽다(부식 전위가 낮다). 그리고, 부식 감시 장치(10)에서는, 센서부(10a)를 구성하는, 스테인리스판(1)과 비교한 알루미늄편(2)의 부식의 하기 쉬움을 이용해서, 금속의 부식의 정도가 평가된다.
도 3은, 제1 실시형태의 부식 감시 장치(10)(보다 구체적으로는 센서부(10a))에 염분(6)이 부착했을 때에 알루미늄편(2)의 부식이 진행하는 모습을 나타낸 도면이고, 좌측의 도면은 염분(6)이 부착한 직후의 모습, 중앙의 도면은 부착한 염분(6)의 조해에 의해 형성된 수막(7)이 스테인리스판(1)과 알루미늄편(2)을 가교했을 때의 모습, 우측의 도면은 가교된 수막(7)에 의해서 알루미늄편(2)의 부식(용해)이 진행했을 때의 모습을 나타내는 도면이다. 또, 여기에서는, 설명의 간략화를 위하여 「염분(6)」만을 도시했지만, 「진애」여도 마찬가지의 경향으로 된다. 이하의 기재에서도, 「진애」에 대해서도 설명은 생략한다.
본 발명자가 검토했더니, 상기와 같이, 염분(6)이 부착한 표면에서는, 염분(6)이 부착하여 있지 않은 청정한 표면과 비교해서, 수분 흡착량이 많은 것을 알 수 있었다. 이 현상은, 염분(6)의 조해에 의한 것으로 생각할 수 있다. 따라서, 도 3의 좌측의 도면에 나타내는 바와 같이, 스테인리스판(1)의 표면에 염분(6)이 부착하면, 그 염분(6)이 부착하여 있는 부분에는 수분이 부착하기 쉬워진다. 그 결과, 도 3의 중앙의 도면에 나타내는 바와 같이, 스테인리스판(1)과 알루미늄편(2)을 걸치듯이, 수막(7)이 형성된다.
여기에서, 알루미늄편(2)을 구성하는 알루미늄은, 스테인리스판(1)을 구성하는 스테인리스강과 비교해서, 상기와 같이 부식되기 쉽다. 따라서, 도 3의 우측의 도면에 나타내는 바와 같이, 스테인리스판(1)과 알루미늄편(2)을 걸치듯이 형성된 수막(7)에 의해, 부식하기 쉬운 비금속(卑金屬)으로 되는 알루미늄편(2)의 부식이 진행한다. 이때, 귀금속으로 되는 스테인리스판(1)의 부식은 억제된다.
도 4는, 스테인리스판(1)과 알루미늄편(2) 사이에서 발생하는 반응 기구를 설명하는 도면이다. 또, 도 4에서는, 설명의 간략화를 위하여, 화학식의 일부를 생략해서 나타내고 있다. 부식하기 어려운 귀금속측의 스테인리스판(1)과, 부식하기 쉬운 비금속측의 알루미늄편(2)을 걸치듯이 수막(7)이 형성되면, 스테인리스판(1) 및 알루미늄편(2)의 각각에 있어서, 이하와 같은 반응이 발생한다.
구체적으로는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비(卑)전위측의 알루미늄편(2)에서는, 애노드 반응(금속의 용해 반응 : Al→Al3 ++3e-)이 발생한다. 이것에 의해, 알루미늄편(2)이 수막(7)에 용해한다. 그리고, 여기에서 발생한 전자는, 알루미늄편(2)과 접합하여 있는 스테인리스판(1)으로 이동한다. 그리고, 귀(貴)전위측의 스테인리스판(1)에서는, 알루미늄편(2)에서 발생한 전자를 사용해서, 캐소드 반응(용존 산소의 환원 반응 : 1/2·O2+H2O+2e-→2OH-)이 발생한다. 따라서, 스테인리스판(1)과 알루미늄편(2) 사이에는, 소위 갈바닉 전류가 흐르게 된다.
이종(異種) 금속을 접촉시킴으로써 발생하는 부식은, 이와 같이, 애노드(산화 반응)와 캐소드(환원 반응)가 장소적으로 분리해서 진행한다. 갈바닉 전류는, 스테인리스판(1)과 알루미늄편(2)의 계면 근방에 집중한다. 그 때문에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 알루미늄편(2)의 좌측으로부터 우측을 향해서 부식이 진행한다. 그리고, 알루미늄편(2)이 모두 부식한 후에는, 스테인리스판(1)의 단독의 부식 반응이 진행한다. 단, 스테인리스판(1)은, 부식하기 어려운 금속이라는 점에서, 부식했다고 해도 부식 피트(11)(상기한 도 18 참조)는 국재화(局在化)한다. 그 때문에, 부식 피트(11)의 형성에 의한 전기 저항값의 변화는 무시할 수 있다.
도 5는, 알루미늄편(2)이 용해하는 전후에서의 전기 저항의 등가 회로의 변화를 나타내는 도면이다. 이 도 5는, 제1 실시형태의 부식 감시 장치(10)에 의한 측정 원리를 설명하는 것이다. 상세는 도 7을 참조하면서 후기하지만, 알루미늄(제2 금속)의 전기 저항률은, 스테인리스강(제1 금속)의 전기 저항률보다도 작다. 즉, 스테인리스강은, 알루미늄과 비교해서, 전기전도성이 낮다. 따라서, 도 5의 좌측의 도면에 있어서, 인출 전극(3, 3)(도 1 참조) 사이에 전류가 흐르면, 스테인리스(1)와 알루미늄(2)이 접합하여 있는 부분에서는, 스테인리스판(1)보다도 알루미늄(2)에 우선적으로 전류가 흐르게 된다(도 5의 좌측의 도면에 있어서의 굵은선 화살표).
그리고, 이 현상을 등가 회로에 의해 모식적으로 나타내면, 도 5의 좌측의 도면의 하부에 나타내는 바와 같이, 알루미늄편(2)이 접합되어 있지 않은 스테인리스판(1)의 부분에는, 저항 RC1, RC3이 접속하여 있다고 생각할 수 있다. 한편, 스테인리스판(1)과 알루미늄편(2)의 접합 부분에서는, 상기와 같이 스테인리스강과 알루미늄에서는 전기 저항률에 차이가 있으므로, 스테인리스판(1)의 부분에서는 저항 RC2이, 또한, 알루미늄편(2)의 부분에서는 저항 RA21이 병렬로 접속되어 있다고 생각할 수 있다. 이때, RC2>RA21이 성립한다. 또, 저항계(5)(도 1 참조)에 의해 측정되는 센서부(10a)의 저항값 R0은, R0=RC1+RA21·RC2/(RA21+RC2)+RC3로 된다.
그리고, 상기한 도 4에 나타낸 기구에 의해 부식이 진행(즉 알루미늄편(2)의 용해가 진행)하면, 부식의 진행 전(도 5의 좌측의 도면 참조)과 비교해서, 알루미늄편(2)에 있어서의 도통로(導通路)가 짧아지고, 알루미늄편(2)보다도 전기 저항이 큰 스테인리스판(1)에 있어서의 도통로가 길어진다(도 5의 우측의 도면 참조). 그 때문에, 전기 저항률이 작은 도통로가 짧아지므로, 전기 저항이 증대한다. 구체적으로는, 당초 알루미늄편(2)이 존재하여 있던 부분의 저항 RA21은 저항 RA22로 상승한다. 그리고, 저항계(5)(도 1 참조)에 의해 측정되는 센서부(10a)의 저항값 R1은, R1=RC1+RA22·RC2/(RA22+RC2)+RC3로 된다.
이들과 같이, 제1 실시형태의 부식 감시 장치(10)에서는, 알루미늄편(2)의 용해에 의해서, 전체의 저항이 R0로부터 R1로 상승한다. 이와 같은 저항 변화는, 알루미늄편(2)의 용해의 진행에 수반하여, 연속적으로 발생한다. 그 때문에, 제1 실시형태의 부식 감시 장치(10)에서는, 전체의 저항 변화(상승)를 감시함으로써, 알루미늄편(2)의 용해, 즉 금속의 부식 정도가 감시되고 있다. 그리고, 알루미늄편(2)이 용해함으로써 전기 저항이 바로 변화하므로, 부식 감시 장치(10)는, 부식에 대한 응답성이 우수하다(이 점에 대해서는, 도 6을 참조하면서 다시 설명한다).
또한, 부식 감시 장치(10)가 설치되는 환경은, 어느 정도 예측할 수 있으므로, 금속의 부식의 하기 쉬움도 어느 정도는 예측할 수 있다. 그래서, 부식 감시 장치(10)의 설치 장소에 따라서, 알루미늄편(2)의 수를 늘리거나, 알루미늄편(2)의 두께를 두껍게 하거나, 알루미늄편(2)의 크기를 크게 함으로써, 장기간에 걸쳐서 알루미늄편(2)의 용해를 발생시킬 수 있고, 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 6은, 실시예의 부식 감시 장치(도 1에 나타내는 부식 감시 장치(10)) 및 비교예의 부식 감시 장치(도 15에 나타내는 부식 감시 장치(70))에 있어서의, 알루미늄편(2)의 소실수 및 부식 피트수(11)(도 18 참조)의 수와 전기 저항의 관계를 나타내는 그래프이다. 부식 감시 장치(10, 70)에서 사용한 스테인리스판(1) 및 동판(71)으로서, 폭 1㎜×길이 25㎜×두께 100㎚의 것을 사용했다. 또한, 부식 감시 장치(10)에서 사용한 알루미늄편(2)의 크기는 직경 50㎛×두께 100㎚이고, 50㎛의 간격으로 500개 배치했다. 그리고, 도 6은, 이들 부식 감시 장치(10, 70)의 각각에 5mA의 전류를 계속 흘려보내고, 저항계(5)에 의해 측정되는 저항값을 그래프화한 것이다.
이 도 6에 나타내는 바와 같이, 실시예의 부식 감시 장치(도 1에 나타내는 부식 감시 장치(10))에서는, 부식의 진행, 즉 알루미늄편(2)의 소실수의 증가에 수반하여, 저항계(5)에 의해 측정되는 저항의 크기도 증대했다. 그러나, 비교예의 부식 감시 장치(도 15에 나타내는 부식 감시 장치(70))에서는, 부식 피트(11)의 수가 증가해도, 저항계(5)에 의해 측정되는 저항은 거의 변화하지 않았다. 이것은, 부식 피트(11)가 스테인리스판(1)의 표면 전체에서 진행하는 결과, 부식 피트(11)가 형성된 곳에서 충분한 단면적(도통로)이 확보되어 있기 때문에, 저항 변화가 거의 발생하지 않았다고 생각할 수 있다. 따라서, 제1 실시형태의 부식 감시 장치(10)에 의하면, 내구성과 함께 응답성도 우수한 부식 감시 장치로 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
도 7은, 해수 중에서의 부식 전위와 전기 저항률의 관계를 나타내는 그래프(플롯)이다.
도 7의 횡축에 나타내는 부식 전위는, 기준 전극으로서의 포화 칼로멜 전극(SCE)에 대한 것이다. 또, 본 명세서에서는, 설명의 간략화를 위하여, 염분이 조해·용해한 수용액 중에서의 부식 전위에 대해서는 나타내지 않지만, 염분이 조해·용해한 수용액에 대한 부식 전위와 전기 저항률의 관계도, 도 7에 나타내는 경향과 마찬가지의 경향으로 된다.
상기와 같이, 제1 실시형태의 부식 감시 장치(10)에서는, 부식하기 어려운 금속으로서 스테인리스강(스테인리스판(1))이, 또한, 부식하기 쉬운 금속으로서 알루미늄(알루미늄편(2))이 사용되어 있다. 단, 사용 가능한 금속의 조합으로서는, 이와 같은 조합으로 한정되지 않으며, 예를 들면 도 7의 그래프에 의거해서, 적의 선택할 수 있다.
단, 도 4를 참조하면서 설명한 캐소드 반응을 발생시키는 금속(상기한 스테인리스강 대신에 사용 가능한 금속. 이하, 「제1 금속」이라 한다)으로서는, 부식 전위가 비교적 높으며(부식하기 어려우며), 또한, 전기 저항률도 비교적 큰 금속이 바람직하다. 한편, 도 4를 참조하면서 설명한 애노드 반응을 발생시키는 금속(상기한 알루미늄 대신에 사용 가능한 금속. 이하, 「제2 금속」이라 한다)으로서는, 부식 전위가 비교적 낮으며(부식하기 쉬우며) 또한 전기 저항률이 작은 금속이 바람직하다. 따라서, 이들 금속을 조합해서 사용하는 것이 바람직하다. 이 점을 도 7에 적용시켜서 말하면, 제1 금속을 하나 선택했을 경우, 그 제1 금속의 플롯으로부터 보아서 대략 좌측 아래에 있는 금속을 제2 금속으로서 사용하는 것이 바람직하다.
여기에서, 제1 금속과 제2 금속의 전기 저항률의 차 Δρ는, 큰 것이 바람직하다. Δρ가 큼으로써, 제2 금속이 용해(부식)했을 때의 저항 변화를 크게 할 수 있고, 응답성을 높일 수 있다. 또한, 제1 금속과 제2 금속의 부식 전위의 전위차 ΔE는, 제1 금속의 부식을 가능한 한 억제하며, 또한, 제2 금속의 부식을 가능한 한 촉진함으로써 응답성을 높이는 관점에서는, 큰 것이 바람직하다. 단, ΔE가 너무 크면, 제2 금속의 부식이 너무 진행하여, 내구성이 저하하기 쉬워진다. 그래서, 이와 같은 경우에는, 예를 들면 제2 금속의 두께를 두껍게 하거나, 크기를 크게 함으로써, 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 내구성을 향상시키기 위해서는, 인접하는 제2 금속편(예를 들면 알루미늄편(2))끼리의 간격을 넓히도록 해도 된다.
이들과 같이, 제1 실시형태의 부식 감시 장치(10), 특히 센서부(10a)에서의 전기 저항의 변화는, 제1 금속과 제2 금속의 부식 전위의 차 ΔE, 제1 금속과 제2 금속의 전기 저항률의 차 Δρ, 제2 금속의 형상(크기나 두께 등도 포함한다), 인접하는 제2 금속편끼리의 간격 등에 의존하게 된다. 단, 금속의 종류에 따라서는, 온도에 의한 저항 변화가 큰(즉, 저항 온도 계수가 온도에 따라서 크게 변화한다) 것이 있다. 그래서, 특히, 부식이 억제되는 제1 금속으로서는, 저항 온도 계수가 작은 것이 바람직하다. 단, 저항 온도 계수가 큰 것이어도, 예를 들면, 별도로 온도계를 사용해서, 당해 온도계에 의해 측정되는 온도에 따라서, 측정된 저항을 보정함으로써, 고정밀도로 부식을 감시할 수 있다.
이들 점에 근거해서, 부식 대상으로 되는 제2 금속으로서는, 상기한 알루미늄 외에, 철, 구리, 아연 및 마그네슘 중의 적어도 1종이 바람직하다. 또한, 부식이 가능한 한 억제되는 제1 금속으로서는, 저항 온도 계수가 작은 금속이 바람직한 것도 고려하여, 상기한 스테인리스강(SUS) 외에, 니켈 및 크롬 중의 적어도 1종이 바람직하다. 또, 크롬에 대해서는, 도 7에서는 나타내고 있지 않지만, 크롬은, 납과 동(同) 정도의 전기 저항률을 나타내며, 또한, 스테인리스강(SUS)이나 니켈과 동 정도의 부식 전위를 나타낸다. 그리고, 이들 제1 금속 및 제2 금속의 바람직한 예 중으로부터, 도 7에 적용시켜서, 어느 하나의 제1 금속과, 그 제1 금속의 플롯으로부터 보아서 대략 좌측 아래에 있는 제2 금속을 조합해서(예를 들면 스테인리스강(SUS)과 알루미늄을 조합해서) 사용하는 것이 바람직하다.
도 8은, 제2 실시형태의 부식 감시 장치(20)의 상면도이다. 도 8에 나타내는 부식 감시 장치(20)에서는, 상기한 부식 감시 장치(10)와는 달리, 알루미늄편(2)의 크기가 직사각형 형상(정방형)으로 되어 있다. 단, 그 이외의 구성은 상기한 부식 감시 장치(10)와 같고, 이 직사각형의 알루미늄편(2)을 구비해서 센서부(20a)가 구성되어 있다. 알루미늄편(2)의 일변은 예를 들면 50㎛∼100㎛ 정도이다. 그리고, 인접하는 알루미늄편(2)끼리의 간격은, 등간격(예를 들면 50㎛∼100㎛ 정도)이다.
알루미늄편(2)의 형상을 정방형 형상으로 함으로써, 원형의 알루미늄판(2)과 비교해서, 스테인리스판(2)의 표면에 보다 많이 접합할 수 있다. 이것에 의해, 부식 감시 장치(20)의 내구성을 보다 높일 수 있다.
도 9는, 제3 실시형태의 부식 감시 장치(30)의 상면도이다. 도 9에 나타내는 부식 감시 장치(30)에서는, 전류의 통류 방향(도 9의 지면(紙面) 좌우 방향)에 수직인 방향으로, 직사각형 형상의 복수의 알루미늄편(2)이 접합되어 있다. 단, 그 이외의 구성은 상기한 부식 감시 장치(10)와 같고, 이 직사각형 형상의 알루미늄편(2)을 구비해서 센서부(30a)가 구성되어 있다. 이것에 의해, 알루미늄편(2)의 크기를 상기한 부식 감시 장치(10, 20)의 것보다도 크게 할 수 있고, 장기간에 걸쳐서 알루미늄편(2)의 부식이 진행하게 된다. 그 때문에, 저항 변화를 장기간에 걸쳐서 계속 감시할 수 있고, 부식 감시 장치(30)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 알루미늄편(2)의 면적을 크게 확보하면서, 또한, 알루미늄편(2)의 접합수를 증가시킬 수 있다. 이것에 의해, 하나의 알루미늄편(2)이 만약 국소적으로 부식해 버렸다고 해도, 나머지 알루미늄편(2)의 부식에 의해, 알루미늄편(2)이 계속 부식한다. 이것에 의해, 저항 변화를 감시할 수 있고, 이 점에서도, 부식 감시 장치(30)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 10은, 제4 실시형태의 부식 감시 장치(40)의 상면도이다. 도 10에 나타내는 부식 감시 장치(40)에서는, 전류의 통류 방향(도 9의 지면 좌우 방향)과 같은 방향으로, 직사각형 형상의 복수의 알루미늄편(2)이 접합되어 있다. 단, 그 이외의 구성은 상기한 부식 감시 장치(10)와 같고, 이 직사각형 형상의 알루미늄편(2)을 구비해서 센서부(40a)가 구성되어 있다. 이것에 의해, 상기한 부식 감시 장치(30)와 마찬가지로, 알루미늄편(2)의 크기를 상기한 부식 감시 장치(10, 20)의 것보다도 크게 할 수 있고, 부식 감시 장치(40)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 예를 들면 국소적으로 부식이 발생하면, 전류의 통류 방향으로 긴 알루미늄편(2)의 도중이 절단되는 경우가 있다. 이것에 의해, 전류의 통류 방향으로 배치됨으로써 작아졌던 전기 저항이, 크게 증대하게 된다. 그리고, 이와 같은 경우에는, 부식 감시 장치(40)가 설치된 환경에 있어서, 국소적인 부식이 발생하기 쉬운 환경으로 되어 있다고 생각할 수 있다. 전기전자 장치의 국소적인 부식은, 특히 전기전자 장치의 고장을 초래하므로, 이와 같은 국소적인 부식 가능성이 높은 것을 조기에 검지함으로써, 전기전자 장치의 고장을 조기에 억제할 수 있다.
도 11은, 제5 실시형태의 부식 감시 장치(50)의 상면도이다. 또한, 도 12는, 도 11의 II-II선 단면도이다. 상기한 각 실시형태에서는, 스테인리스판(1)의 표면에, 복수 개의 알루미늄편(2)이 접합되어 있었다. 그러나, 도 11 및 도 12에 나타내는 부식 감시 장치(50)에서는, 스테인리스판(1)과, 원형의 관통 구멍(8a)을 복수 갖는 알루미늄판(2)이, 절연 기판(4) 상에 접합(적층)되어 있다. 즉, 절연 기판(4) 상에 스테인리스판(1)이 적층되고, 스테인리스판(1)의 표면에 알루미늄판(2)이 적층되어 있다. 이 관통 구멍(8a)의 크기는, 상기한 알루미늄편(2)의 크기와 같다. 또한, 이 관통 구멍(8a)은, 상기한 도 1을 참조하면서 정육각형(2A)과 마찬가지로, 정육각형의 각 정점의 위치로 되도록 배치되어 있다.
또한, 스테인리스판(1)의 표면 중, 알루미늄판(8)으로 덮여 있지 않은 부분에는, 방습 및 방가스를 위하여, 실리콘 수지나 우레탄 수지, 에폭시 수지 등에 의해 구성되는 피막(9)이 형성되어 있다. 따라서, 부식 감시 장치(50)에서는, 스테인리스판(1)과, 관통 구멍(8a)을 갖는 알루미늄판(8)과, 절연 기판(4)과, 인출 전극(3, 3)과, 피막(9)을 구비해서 센서부(50a)가 구성되어 있다.
이 부식 감시 장치(50)에서는, 상면에서 보았을 때, 관통 구멍(8a)을 통하여, 스테인리스판(1)의 표면이 외부에 노출하여 있다. 그리고, 이 스테인리스판(1)의 표면에 접합된 알루미늄판(2)으로부터 보면, 이 관통 구멍(8a)의 부분은 오목하게 되어 있으므로, 이 관통 구멍(8a)의 부분에는, 수막(7)(도 11 및 도 12에서는 도시하지 않는다)이 고이기 쉽다. 그 때문에, 스테인리스판(1)을 구성하는 스테인리스강과 알루미늄판(2)을 구성하는 알루미늄의 쌍방에 수막(7)이 접촉하기 쉽고, 상기한 도 4를 참조하면서 설명한 바와 같은 반응을 촉진할 수 있다.
또한, 상기한 각 실시형태와 비교해서, 부식 대상으로 되는 금속인 알루미늄판(2)의 체적이 극히 크다. 그 때문에, 특히 장기간에 걸쳐서, 금속의 부식을 감시할 수 있다. 또한, 스테인리스판(1)과 알루미늄판(2)의 접합 면적도 넓으므로, 알루미늄판(2)의 밀착 강도가 높다. 그 때문에, 알루미늄판(2)의 박리를 충분히 방지할 수 있어, 내구성을 높일 수 있다.
도 13은, 제6 실시형태의 부식 감시 장치(60)의 상면도이다. 도 14는, 도 13의 III-III선 단면도이다. 도 13 및 도 14에 나타내는 부식 감시 장치(60)는, 부식 대상으로 되는 스테인리스판(1) 및 알루미늄편(2)을 갖는 센서부(60a)와, 마찬가지로 스테인리스판(1) 및 알루미늄편(2)을 갖지만 부식하지 않는 기준 센서부(60b)를 구비하고 있다.
이들 중, 센서부(60a)는, 상기한 도 1에 나타낸 센서부(10a)와 같은 구성을 갖는 것이고, 저항계(5a)에 의해서, 전류 통류 시의 전기 저항이 측정된다. 한편, 기준 센서부(60b)는, 상기한 센서부(10a)(도 1 참조)를 구성하는 스테인리스판(1) 및 알루미늄편(2)을 덮도록 형성된 피막(12)을 구비하고 있다. 그리고, 저항계(5b)에 의해, 전류 통류 시의 전기 저항이 측정된다. 피막(12)은, 방습 및 방가스를 위하여 형성되고, 실리콘 수지나 우레탄 수지, 에폭시 수지 등에 의해 구성되어 있다.
상기와 같이, 온도에 의해서, 금속의 저항은 변화하는 경우가 있다. 그래서, 도 13 및 도 14에 나타내는 부식 감시 장치(60)에서는, 이와 같은 온도 변화를 고려해서, 금속의 부식의 감시가 행해진다. 구체적으로는, 부식 감시 장치(60a)에서의 저항값과, 부식 감시 장치(60b)에서의 저항값의 차분을 평가함으로써, 온도를 고려한 금속의 부식을 감시할 수 있다. 이것에 의해, 보다 정밀도가 높은 금속 부식의 감시를 행할 수 있다.
이상, 6개의 실시형태를 들어서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기한 예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기한 실시형태는, 적의 조합해서 실시할 수 있다. 또한, 각종 변형을 더한 후에 실시할 수도 있다.
예를 들면, 상기한 실시형태에서는, 절연 기판(4)의 표면에, 부식하기 어려운 금속인 스테인리스판(1)과, 스테인리스판(1)의 표면에 부식하기 쉬운 알루미늄편(2)이나 알루미늄판(8)이 이 순서대로 접합되어 있었다. 그러나, 스테인리스판(1)과, 알루미늄편(2)이나 알루미늄판(8)의 접합 순서(적층 순서)는 반대여도 된다. 즉, 예를 들면, 절연 기판(4)과, 알루미늄판(8)과, 관통 구멍을 갖는 스테인리스판(1)이 이 순서대로 접합되도록 해도 된다. 단, 이 경우, 상기한 인출 전극(3, 3)은, 스테인리스판(1)에 접속되게 된다.
1 : 스테인리스판(제1 금속층) 2 : 알루미늄편(제2 금속층)
3 : 인출 전극(한 쌍의 전극) 4 : 절연 기판
5 : 저항계(저항 측정 장치) 5a : 저항계(저항 측정 장치)
5b : 저항계(저항 측정 장치) 6 : 염분
7 : 염분이 조해해서 형성된 수막 8 : 알루미늄판(제2 금속층)
9 : 피막 10 : 부식 감시 장치
10a : 센서부 11 : 부식 피트
12 : 피막 20 : 부식 감시 장치
20a : 센서부 30 : 부식 감시 장치
30a : 센서부 40 : 부식 감시 장치
40a : 센서부 50 : 부식 감시 장치
50a : 센서부 60 : 부식 감시 장치
60a : 센서부 60b : 기준 센서부(센서부)

Claims (7)

  1. 절연 기판과, 당해 절연 기판 상에 배치되고, 제1 금속에 의해 구성된 제1 금속층과, 당해 제1 금속층에 이산적으로 복수 접합하여 있고, 상기 제1 금속보다도 부식 전위가 낮으며, 또한, 상기 제1 금속보다도 전기 저항률이 작은 제2 금속에 의해 구성된 제2 금속층과, 상기 제1 금속층에 접속된 한 쌍의 전극을 가지며, 상기 절연 기판과, 상기 제1 금속층과, 상기 제2 금속층은, 이 순서대로 접합되어 있는 센서부와,
    당해 한 쌍의 전극 간에 전류를 통류시켰을 때에, 상기 센서부의 전기 저항을 측정하는 저항 측정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는, 부식 감시 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 평판 형상이고,
    상기 제2 금속층은 상면에서 보았을 때 원형 형상이고, 상기 제1 금속층의 표면에 있어서, 산점적(散点的)으로 상기 제1 금속층에 접합하여 있는 것을 특징으로 하는, 부식 감시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 금속층은, 상기 제1 금속층의 표면에 있어서, 정육각형을 구성하는 각 정점의 위치로 되도록 복수 접합되어 있는 것을 특징으로 하는, 부식 감시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서부 및 상기 저항 측정 장치는 2개씩 구비되고,
    2개 제공된 상기 센서부 중의 한쪽의 센서부에는, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층을 덮도록, 상기 제1 금속층 및 상기 제2 금속층의 부식을 억제하기 위한 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 부식 감시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속은, 스테인리스강, 니켈 및 크롬 중의 적어도 하나이고,
    상기 제2 금속은, 철, 알루미늄, 구리, 아연 및 마그네슘 중의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 부식 감시 장치.
  7. 삭제
KR1020197009981A 2016-11-18 2017-10-23 부식 감시 장치 KR102274158B1 (ko)

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