WO2020100642A1 - 電極、腐食解析装置および腐食解析方法 - Google Patents

電極、腐食解析装置および腐食解析方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020100642A1
WO2020100642A1 PCT/JP2019/043149 JP2019043149W WO2020100642A1 WO 2020100642 A1 WO2020100642 A1 WO 2020100642A1 JP 2019043149 W JP2019043149 W JP 2019043149W WO 2020100642 A1 WO2020100642 A1 WO 2020100642A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
corrosion
metal
electrode
exposed surface
unit
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/043149
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
翔太 大木
真悟 峯田
水沼　守
昌幸 津田
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to US17/287,215 priority Critical patent/US11821817B2/en
Publication of WO2020100642A1 publication Critical patent/WO2020100642A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/006—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light of metals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00—Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light
    • G01N17/02—Electrochemical measuring systems for weathering, corrosion or corrosion-protection measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis

Definitions

  • the present invention relates to a technique for analyzing corrosion of a metal material buried in the ground.
  • Non-Patent Document 1 Statistical methods are generally used to predict and estimate equipment deterioration.
  • the statistical method is characterized by modeling the regularity behind the deterioration process from a large amount of inspection data of the equipment, and can grasp the average deterioration phenomenon of the entire equipment (Non-Patent Document 1). ..
  • deterioration prediction using the above statistical method is effective.
  • the equipment buried underground is invisible to the naked eye, inspection data cannot be easily obtained, and in most cases, data that can be used for statistical analysis has not been accumulated.
  • Facilities buried underground include water and gas pipelines, power cable pipelines, underground tanks, overpack materials for spent nuclear fuel, steel pipe columns, branch line anchors, and other metal materials such as steel materials. Very much used.
  • the metal material buried in the ground deteriorates due to soil corrosion. Soil corrosion is a phenomenon in which the thickness of a member decreases while rusting occurs at the interface where a metal material contacts the soil. In order to predict the deterioration of equipment buried underground, it is effective to elucidate the corrosion mechanism from the viewpoint of materials and construct a corrosion progress model (corrosion rate equation).
  • Non-Patent Document 2 Real-time analysis of the corroded surface is one of the most important factors in elucidating the corrosion mechanism.
  • Non-Patent Document 2 there has been an example in which research aimed at clarifying the occurrence mechanism of localized corrosion has made great progress due to the development of in situ analysis methods using various microscopes.
  • Corrosion in soil occurs in a special environment where solid phase (soil), liquid phase (water), and gas phase (air) coexist, unlike in the atmosphere or water. Corrosion in soil is considered to occur between the surface of a metal material and the interface of water, as in water. However, in the region where the soil particles and the metal surface are in contact, in the region where the water captured by the capillary phenomenon in the pores of the soil particles and the metal surface is present, in the region where the air captured in the soil particle gap and the metal surface are in contact, etc. So far, there are no examples of real-time analysis of the process in which soil corrosion occurs and progresses.
  • the average corrosion rate of the entire metal surface is derived. Therefore, when electrochemical measurement is performed on a metal whose corrosion is locally progressing at only one point, the derived corrosion rate is estimated to be small. In this case, since it is highly likely that the corrosion risk is judged to be small, there is a risk that the risk of equipment failure due to perforation or the like caused by local corrosion may be overlooked.
  • the present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to provide a technique capable of analyzing soil corrosion of a metal material buried underground in real time.
  • An electrode according to one aspect of the present invention is an electrode for real-time analysis of corrosion of a buried metal material, and includes a metal portion made of a metal material, and a metal fixing portion that covers and fixes a portion other than an exposed surface of the metal portion. , A plurality of particles arranged to be in contact with the exposed surface, and an electrical continuity between the metal portion and a glue portion that covers the plurality of particles and adheres to the exposed surface and the metal fixing portion are secured. And a plurality of the particles and the gelatinized body portion transmit light.
  • the corrosion analysis device via the electrode, a photographing unit that photographs the exposed surface from the direction in which the plurality of particles and the glue unit are arranged, and the conduction unit.
  • An electrochemical measurement unit that is connected to the electrode and performs an electrochemical measurement of the electrode, and an analysis unit that calculates a corrosion rate of the metal unit using a captured image of the imaging unit and a measurement result of the electrochemical measurement unit. , Is provided.
  • a corrosion analysis apparatus is a corrosion analysis method performed by the corrosion analysis apparatus, including a photographing step of photographing an exposed surface of the metal part, and a photographing step of electrochemical measurement of the electrode. And an electrochemical measurement step performed in parallel with the above, and a step of calculating the corrosion rate of the metal part using the captured image of the imaging step and the measurement result of the electrochemical measurement step.
  • the soil environment is a complex environment in which three phases, solid phase, liquid phase and gas phase coexist. It is said that the corrosion of the metal material buried in the soil basically proceeds based on the reactions of the following formulas (A1) and (A2), which are the same as those in the atmosphere and the aqueous solution.
  • the corrosion rate calculated electrochemically is small, two corrosion patterns (corrosion modes) are possible.
  • the first corrosion pattern is a pattern in which the entire metal surface is corroded at a relatively slow rate.
  • the second corrosion pattern is a pattern in which only a certain small area is locally corroded.
  • FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing a configuration example of an electrode 10 (real-time analysis electrode) for real-time analysis of corrosion of a buried metal material according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1A is a plan view of the electrode 10 viewed from above.
  • FIG. 1B is a sectional view of the electrode 10 of FIG. 1A taken along the line AA.
  • the electrode 10 shown in FIG. 1 includes at least one metal part 11, a plurality of light transmissive particles 12, a light transmissive glue part 13, a metal fixing part 14, and at least one conducting part 15.
  • the metal part 11 is made of the same metal material as the target metal material (metal) whose corrosion is to be analyzed in real time. All surfaces (portions) of the metal portion 11 except one exposed surface 111 are covered with the metal fixing portion 14. Although the illustrated metal part 11 is a rectangular parallelepiped, the shape of the metal part 11 is not limited to a rectangular parallelepiped as long as it has one flat surface serving as an exposed surface.
  • the exposed surface of the metal part 11 is a flat part that is not covered by the metal fixing part 14.
  • the size of the metal part 11 is not limited. However, it is necessary to know the area of the exposed surface of the metal part 11 on which the corrosion test is performed. By knowing the area of the exposed surface, the corrosion rate can be calculated from the result of the electrochemical measurement.
  • the exposed surface of the metal part 11 may be mirror-polished to observe changes in the surface condition in detail during real-time analysis.
  • the exposed surface is polished with water-resistant abrasive paper to a final grain size of # 1500.
  • the polishing is carried out in order from the coarser grained polishing paper, for example, grain size # 220, # 320, # 800, # 1500. Polishing may be carried out while always sprinkling water in order to suppress changes in the surface state due to frictional heat.
  • the plurality of light transmissive particles 12 are arranged in contact with the exposed surface of the metal part 11.
  • the plurality of light transmissive particles 12 play the role of soil particles.
  • the light transmissive particles 12 are made of a material that transmits light so that the exposed surface of the metal portion 11 can be visually observed. Further, in order to maintain the light transmissivity to the extent that the exposed surface of the metal part 11 can be visually observed, it is preferable that the light transmissive particles 12 in contact with the exposed surface be formed of one layer. However, the light transmissive particles 12 may have a plurality of layers as long as they can be visually observed.
  • Glass beads, ceramic particles, or the like can be used for the light transmissive particles 12. However, since the constituent elements of the soil particles are contained in large amounts in the order of silicon, aluminum, iron, calcium, sodium, and magnesium, it is preferable to use glass beads made of silicon for the light transmissive particle portion 12. .
  • the particle diameter of the light transmissive particles 12 can be arbitrarily determined. In soil corrosion, the particle size of soil is an important factor that determines the state of water and oxygen existing on the metal surface. Therefore, real-time analysis of corrosion is performed using a plurality of light-transmitting particles 12 having different particle sizes. It is preferably carried out.
  • the local soil may be collected to clarify the cause, and the particle size may be determined based on the results obtained from the particle size distribution measurement. ..
  • the soil particle size test method described in JIS A1204: 2009 may be adopted, or the laser diffraction / scattering particle size analysis method may be adopted.
  • the soil particle size distribution range is wide and the soil mixing is insufficient, correct results may not be obtained depending on the sampling method. Therefore, it is preferable that the soil is sufficiently mixed, a plurality of sampling data are acquired, and these are averaged to obtain the final measurement result.
  • the light-transparent glue 13 is arranged so as to cover the exposed surface of the metal portion 11 and the light-transmitting particles 12 and to be in close contact with the metal portion 11 (exposed surface) and the metal fixing portion 14.
  • the light transmissive glue 13 retains the adhesiveness between the exposed surface of the metal part 11 and the light transmissive particles 12 and, at the same time, contains water to play a role of supplying water necessary for the corrosion reaction to the exposed surface. ..
  • the light transmissive glue 13 of this embodiment is made of a material that transmits light so that the exposed surface of the metal part 11 can be visually observed.
  • a gelatinized substance is a polymer in which a three-dimensional network structure is formed by a cross-linking agent, and the solution is swelled by including the solution inside the network.
  • Glitters are also called gels or polymeric gels. Glitters have almost the same mechanical properties as solids, while being nearly liquid in composition. From this, the gelatinized substance can fix the plurality of light-transmissive particles 12 to the exposed surface and simultaneously supply water to the exposed surface.
  • Examples of the polymer gel used in the light transmissible gelatinizer portion 13 include polyacrylic acid gel and polyhydroxyethyl methacrylate gel.
  • polyacrylic acid gel and polyhydroxyethyl methacrylate gel swell and gel by using pure water as a solution, but when a solution with high ionic strength or low pH is used, the swelling rate decreases and as a gelatinized substance. Cannot exert the function of.
  • a semi-interpenetrating polymer network gel in which polyvinylpyrrolidone (PVP) is introduced into chitosan having an amino group can be used (see Non-Patent Document 3).
  • Chitosan is obtained by hydrolyzing chitin, which is the main component of crustacean shells.
  • Non-Patent Document 4 when performing evaluation in a solution having a high pH, a complex gel of k-carrageenan having sulfuric acid and chitosan or a complex gel of xanthan (xanthan gum) having a carboxyl group and chitosan can be used ( Non-Patent Document 4).
  • K-carrageenan can be extracted from red algae and xanthan can be extracted from the bacterium Xanthomonas campestris.
  • a solution containing alkali metal salt (LiCl) and alkaline earth metal salt (MgCl 2 ) shows polyethylene oxide that shows a swelling rate that is similar to or higher than that in pure water.
  • PEO polyethylene oxide
  • the polymer gel used in the light transmissive glue part 13 needs to have such a light transmissivity that the exposed surface of the metal part 11 can be visually confirmed from the outside or by various microscopes. Therefore, it is desirable that the thickness of the gelatinized product formed on the exposed surface is about 0.5 to 1 mm. However, the thickness of the gelatinized product is not limited to 0.5 to 1 mm as long as the light transmittance is secured.
  • the light-transmitting particles 12 and the light-transmitting glue 13 have the same refractive index. This makes it easier to observe the exposed surface of the metal part 11.
  • the metal fixing part 14 covers and fixes all surfaces of the metal part 11 except one exposed surface.
  • the metal fixing portion 14 plays a role of fixing the connection portion between the metal portion 11 and the conduction portion 15 in order to secure the conduction that is essential when performing the electrochemical measurement. Since the metal fixing portion 14 covers all the surfaces of the metal portion 11 except the exposed surface, it is possible to define the corrosion reaction area on the exposed surface and calculate an accurate corrosion rate using electrochemical measurement. ..
  • the metal fixing portion 14 As the material used for the metal fixing portion 14, it is necessary to select a material that has sufficient strength to fix the metal portion 11 and can withstand the external corrosive environment. In order to satisfy such a condition, the metal fixing portion 14 may be made of, for example, epoxy resin.
  • the metal fixing portion 14 does not have sufficient strength, a gap is created between the edge of the exposed surface of the metal portion 11 and the metal fixing portion 14. If a special corrosion pattern, which is not originally assumed, called “crevice corrosion” occurs in this gap, the corrosion of the metal part 11 cannot be accurately evaluated. Since crevice corrosion locally progresses at a high corrosion rate, it is assumed that the results obtained by electrochemical measurement are overestimated. Further, when the metal fixing portion 14 is not a material that can withstand an external corrosive environment, the surface other than the exposed surface of the metal portion 11 is exposed, and the contact between the metal portion 11 and the conducting portion 15 becomes insufficient, so that the electrochemical measurement can be performed. There is a risk that it will not be possible.
  • the conducting portion 15 is in contact with any surface of the metal portion 11 except the exposed surface.
  • the conducting portion 15 serves as a bridge for ensuring electrical continuity between the metal portion 11 and the electrochemical measuring portion when performing the electrochemical measurement.
  • the electrochemical measurement unit will be described later.
  • the metal portion 11 and the conducting portion 15 are fixed by the metal fixing portion 14, but if it is desired to ensure the contact between them, the contact portion between the metal portion 11 and the conducting portion 15 should be made of a conductive adhesive tape. It is advisable to fix them, and then fix the contact part with an adhesive from above.
  • ⁇ Modification 1 of electrode> As a first modified example of the electrode 10 of the present embodiment shown in FIG. 1, a plurality of light transmissive glues may be used.
  • FIG. 2 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the electrode 10A of the first modification.
  • the electrode 10A of the modification 1 has a plurality of light transmissive glue parts 13A and 13B.
  • FIG. 2A is a plan view of the electrode 10A according to Modification 1 as viewed from above.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the electrode 10A of FIG. 2A taken along the line AA.
  • the illustrated electrode 10A it is possible to use a physical gel for the first light-transmissive glue portion 13A and a chemical gel for the second light-transmittable glue portion 13B.
  • the physical gel is a gel in which polymer chains are cross-linked by hydrogen bond or non-covalent bond such as van der Waals force, and is also called a weak bond gel.
  • a chemical gel is covalently cross-linked and is also called a strong binding gel.
  • the physical gel Since the physical gel has relatively high fluidity and a property close to that of a liquid, water is efficiently supplied to the exposed surface of the metal part 11. Since the chemical gel has relatively low fluidity and has a property close to that of a solid, the chemical gel ensures the adhesiveness and adhesion between the exposed surface and the light transmissive particles 12.
  • the physical gel include agar and polystyrene gel.
  • the chemical gel include polyacrylic acid gel, polyhydroxyethyl methacrylate gel, polyacrylamide gel and the like.
  • ⁇ Modification 2 of electrode> As a second modification of the electrode 10 of the present embodiment shown in FIG. 1, a plurality of metal parts 11 may be provided.
  • the configuration of the electrode is different.
  • the electrodes 10 and 10A shown in FIG. 1 or 2 are used.
  • the number of electrodes used in the three-electrode method is a working electrode, a counter electrode, and a reference electrode.
  • the working electrodes of the three-electrode method the electrodes 10, 10A having the metal part 11 of the same material as the embedded metal material to be analyzed are adopted.
  • the number of electrodes is two, and the electrode provided with the plurality of metal parts 11 of Modification 2 is adopted.
  • FIG. 3 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the electrode 10B of Modification 2.
  • the electrode 10 ⁇ / b> B shown in FIG. 3 differs from the electrode 10 shown in FIG. 1 in that it includes two metal parts 11 and two conducting parts 15, and is otherwise the same as the electrode 10.
  • the electrodes used in the two-electrode method are a working electrode and a counter electrode.
  • the working electrode and the counter electrode are synonymous with the two metal parts 11.
  • the spontaneous potential of the metal part 11 can be measured due to the presence of the reference electrode. Therefore, not only the AC impedance measurement but also the DC polarization resistance measurement and the anodic corrosion current measurement that require the natural potential of the metal portion 11 can be performed.
  • the introduction of the reference electrode may cause a high-concentration salt solution to flow out into the measurement system, which may affect the swelling behavior of the light transmissive gelatinizer 13. Therefore, it is necessary to take measures such as using a salt bridge.
  • the two-electrode method when using the two-electrode method, all electrodes can be covered with the configuration shown in Fig. 3, so the measurement system is simple and easy to construct. Further, since the reference electrode is not used, it is not necessary to consider the contamination of the measurement system with the salt solution. However, note that unlike the three-electrode method, the two-electrode method cannot measure the self-potential of the metal part 11, so that applicable electrochemical measurements are limited to AC impedance measurements and the like. Real-time corrosion analysis It is recommended to select the electrode specifications and measurement method according to the purpose of using the electrode.
  • FIG. 4 is a structural diagram schematically showing a configuration example of the real-time corrosion analysis device of the present embodiment.
  • the illustrated real-time corrosion analysis device 1 includes at least one electrode unit 100, an imaging unit 20, an electrochemical measurement unit 30, and an analysis unit 40.
  • FIG. 5 is a structural diagram schematically showing the configuration of the electrode part 100 when the three-electrode method is used for electrochemical measurement.
  • the illustrated electrode unit 100 has working electrodes 10 and 10A, a counter electrode, and a reference electrode. Each of these three electrodes is electrically connected to the electrochemical measurement unit 30.
  • the working electrodes 10 and 10A electrodes 10 and 10A having a metal part 11 made of the same material as the embedded metal material to be analyzed are used (FIGS. 1 and 2).
  • the counter electrode for example, platinum or carbon may be used.
  • As the reference electrode for example, a silver-silver chloride electrode, a saturated sweet potato electrode (calomel electrode) or the like may be used.
  • FIG. 6 is a structural diagram schematically showing the configuration of the electrode part 100 when the two-electrode method is used for electrochemical measurement.
  • the illustrated electrode part 100 uses an electrode 10B including two metal parts 11 and two conducting parts 15 as a working electrode and a counter electrode (FIG. 3).
  • the two metal parts 11 (working electrode and counter electrode) are electrically connected to the electrochemical measurement part 30, respectively.
  • the electrodes 10, 10A, and 10B be allowed to stand still in a state of being immersed in the solution in order to prevent the light-transmissive glue part 13 from drying.
  • the light transmissive glue part 13 is dried, it becomes impossible to supply the water required for the corrosion reaction to the exposed surface of the metal part 11, and the light transmissible glue part 13 contracts to cause the light of the glue to light up. This is because the transmittance decreases and it becomes impossible to observe the exposed surface.
  • the solution used is the same as the solution used for swelling the light-transmitting glue 13. This is because, depending on the substance used for the light transmissible gelatinizer 13, contraction occurs due to contact with a solution having different swelling behavior, which may reduce the light transmittance.
  • the electrodes 10, 10A, 10B including the light-transmissive gelatinizer part 13 are immersed in the solution. It does not have to be left still in the state.
  • the image capturing section 20 has a function of capturing an image of the exposed surface of the metal section 11 from the direction in which the light transmissive particles 12 and the light transmissive glue section 13 are arranged.
  • the user can observe the corrosion behavior of the exposed surface from the image of the exposed surface taken by the imaging unit 20. For example, the user can distinguish between a portion of the exposed surface where corrosion easily occurs (that is, an active area) and a portion where corrosion does not easily occur (that is, an inactive area).
  • the image to be captured may be a moving image of a predetermined time or a still image captured at a predetermined timing.
  • the image capturing unit 20 uses an image capturing device having an appropriate resolution according to the purpose.
  • a CCD camera or a 3D macroscope having a low resolution can be used, for example.
  • an optical microscope or a confocal laser microscope having high resolution can be used.
  • a transmission electron microscope can be used.
  • the image collection time of the image capturing device used in the image capturing unit 20 is because, when the image captured by the imaging unit 20 and the measurement result by the electrochemical measurement unit 30 are used at the same time, if the image acquisition time is long, the results cannot be compared with each other.
  • the image acquisition time of an optical microscope or a transmission electron microscope is 10ms to 0.1s, and that of a confocal laser microscope is 0.1s to 1s.
  • the photographing apparatus to be used may be selected depending on the degree of tolerance between the photographing and the electrochemical measurement.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of an enlarged image in which an exposed surface of the metal portion 11 is enlarged in an image of the electrodes 10, 10A, 10B (hereinafter, referred to as “electrode 10”) captured by the image capturing unit 20.
  • electrode 10 the active area A and the inactive area B on the exposed surface can be distinguished. Thereby, for example, a region where water trapped by capillarity between the light-transmitting particles 12 and the exposed surface is likely to become the active region A, and a region where the exposed surface and the gas phase are in contact with each other and the light-transmitting property of the exposed surface It is possible to grasp information about the corrosion state such that the region in contact with the particles 12 is likely to be the inactive region B. Obtaining such information leads to the tendency analysis of the active region A and the inactive region B and the elucidation of the corrosion occurrence mechanism for each type of metal and solution used.
  • the electrochemical measuring unit 30 is connected to the electrode 10 of the electrode unit 100 via the conducting unit 15, and measures the polarization resistance, the anodic corrosion current, etc. by an electrochemical method in order to obtain the corrosion rate and the corrosion behavior.
  • polarization resistance Rp reaction resistance accompanying the progress of corrosion
  • a method of measuring the reaction resistance (polarization resistance Rp) accompanying the progress of corrosion is generally used (see Non-Patent Document 6).
  • a method of measuring the polarization resistance Rp for example, a direct current polarization resistance method or an alternating current impedance method is used.
  • the current-potential is swept within a range in which the exposed surface of the metal part 11 is not roughened with reference to the natural potential, and in the potential range in which the resistance value can be calculated from the obtained current-potential characteristics.
  • the applied potential may be ⁇ 5 [mV] in the AC impedance method, which is considered to have a small influence on the metal surface in the electrochemical measurement.
  • the polarization resistance Rp is calculated from the obtained slope of the current-potential characteristic.
  • the method of calculating the slope may be, for example, the least squares method or the extrapolation method.
  • FIG. 8 shows an example of the Nyquist diagram. Since the polarization resistance Rp is considered to be derived from the arc in the low frequency region, the value on the horizontal axis (impedance real part, Z '[ ⁇ ⁇ cm 2 ]) from the starting point to the ending point of the semicircle in the low frequency region Calculate the polarization resistance Rp.
  • the AC applied potential is preferably ⁇ 5 [mV], which is considered to have a small effect on the metal surface.
  • the polarization resistance Rp obtained by the direct current polarization resistance method is calculated as the resistance value of the entire measurement system. Therefore, depending on the material of the light transmissive particles 12, the resistance value of the light transmissive particles 12 is different from the polarization resistance Rp. Is likely to appear so large that it cannot be ignored.
  • the electrochemical measurement unit 30 employs the AC impedance method to perform the electrochemical measurement.
  • the analysis unit 40 analyzes the corrosion distribution and the uneven shape using the image captured by the imaging unit 20, and calculates the corrosion rate and the corrosion behavior using the measurement result of the electrochemical measurement unit 30.
  • the analysis unit 40 analyzes the captured image (moving image or still image) of the exposed surface of the electrode 10 output from the capturing unit 20. For example, when a CCD camera, an optical microscope, or the like is used as the image capturing unit 20 (image capturing apparatus), the analyzing unit 40 analyzes the captured image using colors (color tones) and calculates the total area of the active region A. Specifically, a portion in which a corrosion product is generated on the exposed surface of the metal portion 11 and the color thereof has changed to reddish brown or the like is determined as the active area A, and the other portions are determined as the inactive area B.
  • the analysis unit 40 analyzes the color of the captured image and calculates, from the captured image, the active area A as a portion having one or more predetermined colors corresponding to rust such as red rust and black rust. Alternatively, the analysis unit 40 determines that the color other than the iron substrate is a corrosion product (rust) because all the components except the iron are transparent, and the portion of the captured image having the color other than the iron substrate is calculated as the active region A. Good.
  • the analysis unit 40 analyzes the captured image using the uneven shape of the surface, and the portion where the plate thickness is reduced due to corrosion That is, the concave portion is determined as the active area A, and the other portions are determined as the inactive area B. In this way, the analysis unit 40 calculates the total area of the active region A by performing the image analysis for detecting the concave portion of the captured image.
  • the analysis unit 40 receives the measurement result output from the electrochemical measurement unit 30, and performs predetermined processing and calculation. For example, when the polarization resistance Rp is measured by the direct current polarization resistance method, the alternating current impedance method, or the like, the analysis unit 40 calculates the corrosion current density i corr from the polarization resistance Rp based on the following equation.
  • i corr is a corrosion current density [A / cm 2 ]
  • K is a conversion coefficient [V]
  • Rp is a polarization resistance [ ⁇ ⁇ cm 2 ].
  • the conversion coefficient K is calculated in advance.
  • the conversion factor K is calculated based on the following equation by deriving a Tafel gradient from the anode and cathode polarization curves (Non-Patent Document 7).
  • ⁇ a indicates the anode gradient [V / decade]
  • ⁇ c indicates the cathode gradient [V / decade].
  • the analysis unit 40 calculates the corrosion rate r based on the following equation.
  • r is the corrosion rate [cm / sec]
  • z is the ionic valence
  • ⁇ is the density [g / cm 2 ]
  • F is the Faraday constant [C]
  • M is the atomic weight [g / mol].
  • z (ionic valence), ⁇ (density) and M (atomic weight) have predetermined values for each material used in the metal part 11 (working electrode) of the electrode 10.
  • the analysis unit 40 calculates the corrosion rate of the metal part 11 using the captured image of the imaging unit 20 and the measurement result of the electrochemical measurement unit 30. Specifically, the area of the active region A on the exposed surface of the metal part 11 is calculated from the image captured by the imaging unit 20, and the corrosion rate calculated from the measurement result of the electrochemical measurement unit 30 is calculated as the area of the active region A. Use to correct. As described above, in the present embodiment, the use of the captured image of the imaging unit 20 and the measurement result of the electrochemical measurement unit 30 leads to highly accurate evaluation of the corrosion amount and elucidation of the corrosion generation / progress mechanism.
  • the derived result is an average corrosion rate with respect to the surface area of the exposed surface. Therefore, it is meaningless to apply the average corrosion rate to a local corrosion pattern (corrosion mode) where pitting such as pitting corrosion occurs.
  • the analysis unit 40 acquires the area (total area) of the active region A from the captured image of the imaging unit 20, and corrects (converts) the corrosion rate to the area of the active region A. For example, if the electrode area is b (mm 2 ) and the corrosion rate is x (mm / year), usually the average x (mm) per year for the electrode area b is thin metal due to corrosion. I will judge. However, when the active area A is a% of the electrode area b under the above conditions, the calculation formula for correcting the corrosion rate with respect to the area of the active area A is as follows.
  • the analysis unit 40 of the present embodiment analyzes not only the corrosion rate calculated from the measurement result of the electrochemical measurement unit 30 but also the corrected corrosion rate obtained by correcting the corrosion rate according to the corrosion condition. Output as a result.
  • the analysis unit 40 outputs an image showing the change in corrosion behavior such as the ratio of the active area A acquired from the captured image and the distribution of the active area A over time.
  • the user can make highly valid evaluation even in the case of a local corrosion pattern. For example, from the photographed image, there is a lot of corrosion in the area where the soil particles are in contact with the metal surface and in the area where water supplemented by the capillary phenomenon is present in the gap near the contact between the soil particles and the metal surface. It can be judged from the analysis.
  • the analysis unit 40 calculates the area of the recess that is the active region A from the captured image, and the measurement result of the electrochemical measurement unit 30 using the above-described calculation formula.
  • the corrosion rate calculated from can be corrected. This allows the user to make a highly valid evaluation according to the corrosion pattern based on the analysis result of the analysis unit 40.
  • the analysis unit 40 also calculates and outputs the amount of corrosion (corrosion thinning amount) from the volume of the recessed portion of the captured image. The user can judge the corrosion status with higher accuracy by comparing and verifying the analysis result of the electrochemical measurement unit 30 using this corrosion amount.
  • the analysis unit 40 converts the difficulty of occurrence of a corrosion reaction (charge transfer resistance) into a corrosion current based on the measurement result of the electrochemical measurement, calculates the corrosion rate, and then changes the corrosion rate with time.
  • the amount of corrosion is calculated by integrating with. In this way, when the corrosion amount is calculated using only the measurement result of the electrochemical measurement, the corrosion amount cannot be determined based on the actual corrosion state of the metal surface. Therefore, the analysis unit 40 of the present embodiment outputs the corrosion amount calculated from the electrochemical measurement, and also outputs the corrosion amount calculated from the measurement result photographed image in order to reinforce the validity of the corrosion amount. You may. As described above, the user can use the corrosion amount calculated from the captured image of the 3D macroscope in verifying the validity of the result obtained by the electrochemical measurement.
  • the user can confirm from the captured image output by the analysis unit 40 that the corrosion form and its change over time (whether the corroded part is a circle, the circle grows greatly with time, or the shape does not change and the corrosion occurs in the depth direction). Can be understood).
  • the corrosion behavior on the exposed surface of the metal part 11 can be analyzed by combining it with the image taken by the imaging unit 20.
  • an optical microscope is introduced into the imaging unit 20, and the anodic polarization measurement is performed by the electrochemical measurement unit 30.
  • the analysis unit 40 outputs a curve (anode polarization curve) showing the change over time of the dissolution current density with respect to the electrode potential as the measurement result of the anode polarization measurement.
  • the anodic polarization curve is a material for determining whether the metal is corroded (active state) or not (passive state).
  • a voltage is applied in the noble (+) direction with reference to the potential (spontaneous potential) of a metal that does nothing, and changes in the dissolution current density are analyzed.
  • the analysis unit 40 outputs the anodic polarization curve and the photographed image showing the state of corrosion over time, which leads to the model construction and mechanism analysis of pitting corrosion occurrence. Specifically, when the exposed surface is dissolved, an increase in current value is observed in the anodic polarization curve. When a pit which is the starting point of pitting corrosion occurs, its property can be judged by the behavior of the anode polarization curve. For example, it is considered that repassivation pits occurred when a current spike appeared, and growth pits occurred when a rapid increase in current appeared (see Non-Patent Document 9).
  • FIG. 9 is an operation flow showing a processing procedure for calculating a corrosion rate and outputting an image showing a temporal change in corrosion behavior in the real-time corrosion analysis method of the present embodiment.
  • the image capturing unit 20 captures a moving image of the exposed surface of the electrode 10 (step S101).
  • the electrochemical measurement unit 30 performs electrochemical measurement of the electrode 10 (step S102).
  • step S13 This allows the user to analyze the corrosion of the buried metal material in real time.
  • the results obtained by the imaging unit 20 and the electrochemical measurement unit 30 are collated by the analysis unit 40. For this reason, when the two are butt-joined, the results obtained at the same time are verified with each other, so be careful that the medium for recording the time is not displaced.
  • the corrosion rate is calculated by the impedance method
  • the measurement is performed at regular intervals. In this case, the measurement interval can be set arbitrarily.
  • the sweep speed eg 0.1 mV / sec
  • the voltage up to which the potential is swept can be set arbitrarily, and if the voltage up to which the sweep is performed is known, the time from the start to the end of the measurement can be associated with the sweep speed.
  • the analysis unit 40 when calculating the corrosion rate, obtains the area of the active region from the moving image of the imaging unit 20 and the polarization resistance from the measurement result of the electrochemical measurement unit 30, and according to the corrosion condition. Derive the corrosion rate.
  • the corrosion behavior can be evaluated by grasping the form of the pitting pit from the video of the imaging unit 20 output from the analysis unit 40 and using the anodic polarization curve output from the analysis unit 40.
  • the image capturing device and the image capturing method in the image capturing unit 20 and the measuring method and the measurement format in the electrochemical measuring unit 30 are not limited to the present embodiment.
  • the electrode of the present embodiment described above is an electrode for real-time analysis of corrosion of a buried metal material, and is a metal part made of a metal material, and a metal fixing part for covering and fixing other than one exposed surface of the metal part.
  • a plurality of particles arranged so as to be in contact with the exposed surface, a glued portion that covers the plurality of particles and is in close contact with the exposed surface and the metal fixing portion, and a conductive portion that secures electrical conduction with the metal portion.
  • the plurality of particles and the glue portion are transparent to light.
  • the electrode of the present embodiment has a highly transparent light-transmitting particle simulating soil particles as a solid phase, and water necessary for the corrosion reaction while ensuring the contact between the light-transmitting particle and the metal surface. It is an electrode provided with a light-transmissive gelatinizer (gel) which plays a role of a liquid phase to be supplied.
  • a light-transmissive gelatinizer gel
  • the electrode of the present embodiment by using the electrode of the present embodiment, corrosion occurring on the metal surface (exposed surface) can be directly observed in situ, and which part on the metal surface is the active region or the inactive region. It is possible to elucidate whether it corresponds to a region. Further, the electrode of the present embodiment can identify the location where the active region is generated, and can greatly contribute to the elucidation of the mechanism of soil corrosion.
  • the corrosion analyzer of the present embodiment it is possible to carry out real-time analysis of the corroded surface as well as electrochemical measurement, and it is possible to make an appropriate evaluation that matches the actual state of corrosion.
  • the analysis unit 40 of the real-time corrosion analysis device 1 described above includes, for example, a CPU (Central Processing Unit, processor), a memory, a storage (HDD: Hard Disk Drive, SSD: Solid State Drive), a communication device, A general-purpose computer system including an input device and an output device can be used.
  • each function of the analysis unit 40 is realized by the CPU executing a program for the analysis unit 40 loaded on the memory.
  • the program for the control unit 40 can be stored in a computer-readable recording medium such as an HDD, SSD, USB memory, CD-ROM, DVD-ROM, MO, or can be distributed via a network.
  • Electrode 11 Metal part 12: Light-transmitting particles 13: Light-transmitting glue part 14: Metal fixing part 15: Conducting part 20: Imaging part 30: Electrochemical measuring part 40: Analysis Part 100: Electrode part A: Active region B: Inactive region

Landscapes

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

Abstract

地中に埋設された金属材料の土壌腐食をリアルタイム解析可能な技術を提供する。埋設金属材料の腐食をリアルタイム解析するための電極１０であって、金属材料から成る金属部１１と、金属部１１の露出面以外を被覆し固定する金属固定部１４と、露出面に接するように配置される複数の粒子１２と、複数の粒子１２を覆い、露出面と金属固定部１４に密着する膠化体部１３と、金属部１１との電気的導通を確保する導通部１５とを備え、複数の粒子１２および膠化体部１３は光を透過する。

Description

電極、腐食解析装置および腐食解析方法
　本発明は、地中に埋設された金属材料の腐食を解析する技術に関する。
　我々の生活を支えるインフラ設備は、高度経済成長期以降のおよそ20年間に大量にかつ急速に整備されてきた。そのため、2030年には建設後50年を経過する設備が全体の半数以上を占めることから、今後見込まれる老朽化設備はますます増加すると懸念されている。また、インフラ設備の維持管理を確実に遂行する上で不可欠な熟練技術者の就労人口が急速に減少しており、メンテナンスの許容量は減少の一途をたどっている。以上から、インフラ設備の持続的維持が困難になると危惧されている。
　この状況に対し、設備の劣化を予測することができれば、どの設備に対し、いつ、どういった措置を施すべきかを事前に判断することができるため、長期的かつ効率的な保全計画を策定することができる。
　設備の劣化を予測・推定するには、統計的手法が一般的に用いられる。統計的手法は膨大な設備の点検データから劣化過程の背後に存在する規則性をモデル化することを特徴としており、設備全体の平均的な劣化現象を把握することができる（非特許文献１）。日々の点検によって点検データが豊富に蓄積された架空設備については、前記統計的手法を用いた劣化予測が効果的である。しかしながら、地中埋設された設備は、直接視認することができないため点検データを容易に入手することができず、統計解析に堪え得るデータの蓄積がなされていない場合がほとんどである。
　地中埋設された設備として、水道およびガスのパイプライン、電力用ケーブル管路、地下タンク、使用済核燃料のオーバーパック材、鋼管柱、支線アンカ等が挙げられ、鋼材をはじめとする金属材料が極めて多く使用されている。地中に埋設された金属材料は、土壌腐食によって劣化が進行する。土壌腐食は、金属材料が土壌と接する界面で錆を生じながら、部材の厚みが減る現象である。地中埋設された設備の劣化を予測するためには、材料の観点から腐食メカニズムを解明し、腐食進行モデル（腐食速度式）を構築する手法が効果的である。
　腐食メカニズムを解明する上で、最も重要な要素の一つとして腐食表面のリアルタイム解析が挙げられる。各種顕微鏡を用いたin situ解析手法の発展により、局部腐食の発生メカニズム解明に向けた研究が大きく進展した例が過去に存在する（非特許文献２）。
貝戸 清之, 杉崎 光一, 小林 潔司, "事前の主観的情報が劣化予測結果のベイズ更新に及ぼす影響", 土木学会, 構造工学論文集, Vol. 53A, pp. 775-783 (2007) 原 信義, "局部腐食研究の進歩と研究", 材料と環境, Vol. 63, pp. 132-137 (2014) 村井 秀征, 柏田 歩, 松田 清美, "pH応答性キトサンゲルの膨潤特性と薬物号出挙動", 第56回構文学会年次大会, Vol. 56, pp. 1749-1750 (2007) 崎山 高明, "高分子ゲルの膨潤特性とその制御", 日本食品工学会誌, Vol. 12, No. 2, pp. 47-53 (2011) 服部 弥江, 仲西 正, "PEOゲルの膨潤に対する塩効果", 生活工学研究, Vol. 4, No. 2, pp.274-277 (2002) 辻野 文三, 沖 猛雄, "土壌中における鋼の腐食挙動とそのモニタリング", 表面技術, Vol.40, No.5, pp.707-708(1989) 山本 悟, 竹子 賢士郎, 高谷 哲, "コンクリート中鋼材の腐食速度測定方法(CIPE法)の開発", さび, 148号, pp. 2-8 (2015) 宮田 義一, 朝倉 祝治, "電気化学的手法を中心とした土壌腐食計測（その1）", 材料と環境, Vol. 46, pp.541-551 (1997) 原 信義, "ステンレス鋼の不働態と局部腐食研究の進歩", Materia Japan, Vol. 55, No. 5, pp. 207-214 (2016)
　従来のリアルタイム解析は、大気中もしくは水中の腐食を想定したものであり、観察は水溶液中で実施されることがほとんどである。一方で、土壌に埋設された金属材料を対象にリアルタイム解析を実施した例は、まだ無い。土壌中に埋設された金属表面は土粒子が遮蔽物となるため、そもそも視認することができずリアルタイム解析が不可能である。
　土壌中の腐食は、大気中または水中とは異なり、固相(土)・液相（水）・気相（空気）が共存する特殊な環境下で発生する。土壌中の腐食は、水中の腐食と同様に、金属材料表面と水の界面とで発生すると考えられている。しかしながら、土粒子と金属表面とが接する領域、土粒子と金属表面の細孔に毛細管現象で捕捉された水が存在する領域、土粒子間隙に捕捉された空気と金属表面とが接する領域等において、土壌腐食が発生及び進行する過程を、リアルタイムで解析した例は今までに存在しない。
　また、電気化学的な測定手法を用いた場合、金属表面全体の平均腐食速度が導出される。そのため、局所的に１点のみで腐食が進行している金属に対して電気化学的測定を実施すると、導出される腐食速度は小さく見積られてしまう。この場合、腐食リスクは小さいと判定される可能性が高いことから、局部腐食で発生した穴あき等による設備の故障リスクを見逃す恐れが生じる。
　しかしながら、地中に埋設された金属材料に対して、腐食表面のリアルタイム解析を適用することは非常に困難である。なぜなら金属材料を覆う土粒子の存在によって、金属材料の表面を目視で観察することができないからである。
　本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、地中に埋設された金属材料の土壌腐食をリアルタイム解析可能な技術を提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る電極は、埋設金属材料の腐食をリアルタイム解析するための電極であって、金属材料から成る金属部と、前記金属部の露出面以外を被覆し固定する金属固定部と、前記露出面に接するように配置される複数の粒子と、複数の前記粒子を覆い、前記露出面と前記金属固定部に密着する膠化体部と、前記金属部との電気的導通を確保する導通部とを備え、複数の前記粒子および前記膠化体部は、光を透過する。
　また、本発明の一態様に係る腐食解析装置は、前記電極と、複数の前記粒子と前記膠化体部が配置された方向から前記露出面を撮影する撮影部と、前記導通部を介して前記電極と接続し、前記電極の電気化学測定を行う電気化学測定部と、前記撮影部の撮影画像および前記電気化学測定部の測定結果を用いて前記金属部の腐食速度を算出する解析部と、を備える。
　また、本発明の一態様に係る腐食解析装置は、前記腐食解析装置が行う腐食解析方法であって、前記金属部の露出面を撮影する撮影ステップと、前記電極の電気化学測定を前記撮影ステップと並行して行う電気化学測定ステップと、前記撮影ステップの撮影画像および前記電気化学測定ステップの測定結果を用いて、前記金属部の腐食速度を算出するステップと、を行う。
　本発明によれば、地中に埋設された金属材料の土壌腐食をリアルタイム解析可能な技術を提供することができる。
本実施形態の電極の構成を模式的に示す構造図である。 複数の光透過性膠化体部を有する電極の構成を模式的に示す構造図である。 ２つの金属部を有する電極の構成を模式的に示す構造図である。 本実施形態の腐食解析装置の構成を模式的に示す構造図である。 三電極法を用いる場合の電極部の構成を模式的に示す構造図である。 二電極法を用いる場合の電極部の構成を模式的に示す構造図である。 金属部の露出面を撮影した画像の拡大図の一例である。 ナイキスト線図の一例を示す図である。 本実施形態の腐食解析方法の処理手順を示す動作フローである。
　土壌環境は固相・液相・気相の三相が共存する複雑な環境である。土壌中に埋設された金属材料の腐食は、基本的に大気中及び水溶液中と同じ下記式（A1）および（A2）の反応に基づき進行すると言われている。
　　　　　　　Fe→Fe2++2e-　　　　(A1)
　　　　　　　O2+2H2O+4e-→4OH-　　(A2)
　しかしながら、埋設された金属材料の腐食は、大気中及び水溶液中とは異なり、固相（土粒子）が存在することによって様々な金属表面状態が存在する。例えば、土粒子が金属表面と接する領域、水が金属表面と接する領域、土粒子と金属表面とが接する近傍の間隙中に毛細管現象によって補足された水が存在する領域、空気と金属表面が接する領域等の金属表面状態が存在する。このような各領域で、腐食反応に必要な水の乾燥挙動、土粒子の充填度による酸素濃度等が異なることが想定され、各領域において腐食の進み具合はそれぞれ違うと考えられる。
　電気化学的に腐食速度を算出した場合、得られる結果は金属表面上で発生する腐食反応の総和となる。従って、前記各領域における腐食速度の違いを評価することができない。なお、前記領域において、腐食の進行が速い領域を「活性領域」、腐食の進行が遅い領域を「不活性領域」とする。
　電気化学的に算出した腐食速度が小さい値の場合、２つの腐食パターン（腐食モード）が考えられる。第１の腐食パターンは、金属表面全面が比較的遅い速度で全面腐食するパターンである。第２の腐食パターンは、ある一部分の極小面積のみが局部的に腐食するパターンである。
　しかしながら、電気化学的な測定のみを実施した場合、腐食リスクが小さいと判定されてしまう。これにより、第２の腐食パターンに該当する、実際の設備（埋設金属材料）に対して、活性領域における穴あきを見逃す可能性がある。例えば水道管、ガス管、地下タンク等の設備の場合、穴あきが発生すると重大な事故に発展しかねない。これは、埋設された金属材料の腐食が、どの様に発生し進行するかが未だ解明されていないことに起因する。
　そこで、金属表面のリアルタイム解析が挙げられる。金属表面で発生する腐食を直接in situ（その場）観察することができれば、金属表面上でどの部分が活性領域または不活性領域に該当するかを解明することが可能である。また、活性領域の発生箇所を特定することができれば、土壌腐食のメカニズム解明にも大きく貢献することが可能である。金属表面のリアルタイム解析は、電気化学測定と同時に用いることができ、画像によるin situ観察と電気化学的な定量評価を組み合わせることで信頼度の高い土壌腐食の評価方法を確立することができる。
　しかしながら、地中に埋設された金属材料に対して金属表面のリアルタイム解析を適用することは非常に困難である。なぜなら金属材料を覆う土粒子の存在によって、金属表面を目視で観察することができないからである。本実施形態では、固相として光透過性粒子を用い、更に光透過性粒子と金属表面との接触を担保しつつ腐食反応に必要な水を供給する液相の役割を担う光透過性膠化体を用いることで土壌腐食が発生する表面状態を模擬し、地中に埋設された金属材料の腐食をリアルタイムで解析することが可能な電極及び装置を提供する。
　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付与する。
　＜電極の構成＞
　図１は、本発明の実施形態に係る、埋設金属材料の腐食をリアルタイム解析するための電極１０（リアルタイム解析用電極）の構成例を模式的に示す構成図である。図１（ａ）は、電極１０を上から見た平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の電極１０を図示するＡ－Ａの線で切断した断面図である。
　図１に示す電極１０は、金属部１１と、複数の光透過性粒子１２と、光透過性膠化体部１３と、金属固定部１４と、導通部１５とを少なくとも１つずつ備える。
　金属部１１には、腐食をリアルタイムで解析したい対象の金属材料（金属）と同種の金属材料から成る。金属部１１は、１つの露出面１１１を除いた全ての面（部分）が金属固定部１４により被覆されている。なお、図示する金属部１１は、直方体であるが、金属部１１の形状は、露出面となる１つの平面を備えるものであればよく、直方体に限定されない。
　金属部１１の露出面は、金属固定部１４に覆われていない平面の部分である。金属部１１の寸法は、限定しない。ただし、腐食試験を実施する金属部１１の露出面の面積は、把握しておく必要がある。露出面の面積を把握することで、電気化学測定の結果から腐食速度を算出することができる。
　金属部１１の露出面は、リアルタイム解析時に表面状態の変化を詳細に観察するために、鏡面研磨を実施してもよい。例えば、露出面は、耐水研磨紙を用い、最終的に粒度＃1500まで研磨する。研磨は、粒度の粗い研磨紙から順に実施し、例えば粒度＃220、＃320、＃800、＃1500の順に行う。研磨は、摩擦熱による表面状態の変化を抑えるため、常に水をかけながら実施しても良い。
　さらに、粒度＃1500まで研磨した後に、研磨剤を塗ったクロスで露出面をバフ研磨すると、きれいな鏡面を得ることができる。粒度＃1500よりも細かい研磨紙を使用すれば、さらに良い鏡面を作成することが可能となる。
　複数の光透過性粒子１２は、金属部１１の露出面に接するように配置される。複数の光透過性粒子１２は、土粒子の役割を担う。光透過性粒子１２は、金属部１１の露出面を目視で観察することができるように、光を透過する材料から成る。また、金属部１１の露出面を目視で観察することができる程度の光透過性を保持するため、露出面に接する光透過性粒子１２は１層で形成するのが好ましい。ただし、目視で観察することが可能であれば光透過性粒子１２は複数層であってもよい。
　光透過性粒子１２には、例えばガラスビーズ、セラミックス粒子等を使用することができる。ただし、土粒子の構成元素は、ケイ素、アルミニウム、鉄、カルシウム、ナトリウム、マグネシウムの順で多く含まれているため、光透過性粒子部１２には、ケイ素から成るガラスビーズを使用することが好ましい。
　光透過性粒子１２の粒子径は、任意に定めることができる。土壌腐食において土の粒子径は、金属表面に存在する水と酸素の状態を決定する重要な因子であることから、異なる粒子径の複数の光透過性粒子１２を用いて、腐食のリアルタイム解析を実施することが好ましい。
　例えば、土壌腐食の進行が極端に速い土壌環境が存在する場合、その原因を解明するために現地の土壌を採取し、粒子径分布測定から得られた結果に基づき粒子径を決定しても良い。粒子径分布を測定する具体的な手法としては、例えばJIS A 1204：2009に記載の土の粒度試験方法を採用しても良いし、レーザー回折／散乱式粒度分析法を採用しても良い。
　ただし、JISに記載の土の粒度試験方法では、75μｍ以上はふるい分析を、75μｍ未満は沈降分析を適用しなければならず、結果が得られるまで長時間を要することに加え、分析には500ｍL超の土壌を必要とする。レーザー回折／散乱式粒度分析法では、測定に要する時間は数十秒と非常に短時間であることに加え、分析に必要な土壌は数ｍL用意できれば良い。したがって、粒子径分布測定は、レーザー回折／散乱式粒度分析法を適用することが好ましい。
　なお、土壌の粒子径分布範囲が広く、かつ土壌の混合が不十分な場合、サンプリング方法によっては正しい結果が得られない可能性がある。そのため、土壌は十分に混合したうえで複数のサンプリングデータを取得し、これらを平均化したものを最終的な測定結果とするのが好ましい。
　このようにして得られた粒子径分布に基づいて、大小さまざまな粒子径の複数の光透過性粒子１２（ガラスビーズ等）を混合し、腐食のリアルタイム解析に適用することで、土壌腐食の進行が極端に速い原因の解明が可能になると考えられる。
　光透過性膠化体１３は、金属部１１の露出面と光透過性粒子１２とを覆い、かつ、金属部１１（露出面）および金属固定部１４に密着する状態で配置される。光透過性膠化体１３は、金属部１１の露出面と光透過性粒子１２との密着性を保持しつつ、腐食反応に必要な水を露出面に供給する役割を担うため含水している。また、本実施形態の光透過性膠化体１３は、金属部１１の露出面を目視で観察することができるように、光を透過する材料から成る。
　膠化体とは、高分子が架橋剤によって三次元網目構造を形成し、網目内部に溶液を包摂して膨潤したものである。膠化体は、ゲルもしくは高分子ゲルとも呼ばれる。膠化体は、固体とほぼ同じ力学的性質を示しつつ、組成はほぼ液体である。このことから、膠化体は、複数の光透過性粒子１２を露出面に固定し、露出面への水供給を同時に果たすことができる。光透過性膠化体部１３で使用する高分子ゲルとして、例えばポリアクリル酸ゲル、ポリヒドロキシエチルメタクリレートゲルなどが挙げられる。
　膠化体の高分子架橋構造の網目内部に包摂する溶液として、純水以外にも塩水、酸性溶液、塩基性溶液等を用いることで、これら溶液の違いが金属の土壌腐食に与える影響を評価することができる。その際、膠化体が、pH、イオン強度、溶液組成などの環境条件に対してどのような膨潤挙動を示すか把握し、条件に応じて高分子材料を選定しなければならない。
　例えば、ポリアクリル酸ゲルおよびポリヒドロキシエチルメタクリレートゲルは、溶液に純水を用いることで膨潤しゲル化するが、イオン強度が高いまたはpHが低い溶液を使用すると膨潤率が減少し膠化体としての機能を発揮することができない。
　例えば、pHの低い溶液で評価を行う場合、アミノ基をもつキトサンにポリビニルピロリドン（PVP）を導入した半相互侵入高分子網目ゲルを使用することができる（非特許文献３参照）。キトサンは、甲殻類の殻の主成分であるキチンを、加水分解することで得られる。
　例えば、pHの高い溶液で評価を行う場合、硫酸をもつｋ-カラギーナンとキトサンとの複合体ゲル、または、カルボキシル基をもつザンタン（キサンタンガム）とキトサンとの複合体ゲルを使用することができる（非特許文献４参照）。ｋ-カラギーナンは紅藻類から抽出することができ、ザンタンは細菌Xanthomonas campestrisから抽出することができる。
　例えば、塩濃度の高い溶液で評価を行う場合、アルカリ金属塩（LiCl）およびアルカリ土類金属塩（MgCl2）を含む溶液で、純水中と同程度あるいはそれ以上の膨潤率を示すポリエチレンオキシド（PEO）ゲルを使用することができる（非特許文献５参照）。
　光透過性膠化体部１３で用いる高分子ゲルは、外部から金属部１１の露出面が目視あるいは各種顕微鏡で確認することができる程度の光透過性を有する必要がある。そのため、露出面に形成される膠化体の厚さは、０．５～１mm程度であることが望ましい。しかしながら、光透過性が確保されるのであれば、膠化体の厚さは０．５～１mmに限定されない。
　なお、光透過性粒子１２および光透過性膠化体１３について、両者の屈折率は同程度であることが望ましい。これにより、金属部１１の露出面が観察しやすくなる。
　金属固定部１４は、金属部１１の１つの露出面を除く、全ての面を被覆し固定する。また、金属固定部１４は、電気化学測定を実施する際に必須となる導通を確保するため、金属部１１と導通部１５との接続部を固定する役割を果たす。金属固定部１４が露出面を除く金属部１１の全ての面を被覆することで、露出面で腐食反応面積を定義し、電気化学測定を用いて正確な腐食速度を算出することが可能となる。
　金属固定部１４に用いる材料として、金属部１１を固定するに十分な強度を有しており、かつ外部の腐食環境に堪え得る材料を選定する必要がある。このような条件を満たすために、金属固定部１４には、例えばエポキシ樹脂等を使用してもよい。
　金属固定部１４が十分な強度を有していない場合、金属部１１の露出面の端辺と金属固定部１４との間に隙間が生じる。この隙間部で、「すきま腐食」という本来想定していない特殊な腐食パターンが発生すると、正確に金属部１１の腐食の評価が行われない。すきま腐食は、局所的に速い腐食速度で進行することから、電気化学測定で得られた結果は、過大評価となることが想定される。また、金属固定部１４が外部の腐食環境に堪え得る材料でない場合、金属部１１の露出面以外の面が露出すること、金属部１１と導通部１５との接触が不十分となり電気化学測定が実施できなくなること等のリスクが生じる。
　導通部１５は、金属部１１の露出面を除くいずれかの面と接触している。導通部１５は、電気化学測定を実施する際に、金属部１１と電気化学測定部との電気的導通を確保する架け橋となる。電気化学測定部については後述する。金属部１１と導通部１５とは、金属固定部１４により固定されるが、両者の接触を確実に確保したい場合は、金属部１１と導通部１５との接触部を、導電性の粘着テープで固定し、更に上から接着剤で接触部を固定すると良い。
　＜電極の変形例１＞
　図１に示す本実施形態の電極１０の変形例１として、複数の光透過性膠化体を使用してもよい。
　図２は、変形例１の電極１０Ａの構成を模式的に示す構成図である。変形例１の電極１０Ａは、複数の光透過性膠化体部１３Ａ、１３Ｂを有する。図２（ａ）は、変形例１の電極１０Ａを上から見た平面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の電極１０Ａを図示するＡ－Ａの線で切断した断面図である。
　図示する電極１０Ａでは、第１の光透過性膠化体部１３Ａに物理ゲルを、第２の光透過性膠化体部１３Ｂに化学ゲルを用いることができる。物理ゲルは、高分子鎖同士が水素結合、または、ファンデルワールス力などの非共有結合で架橋されたものであり、弱結合ゲルとも呼ばれる。化学ゲルは、共有結合で架橋されたものであり、強結合ゲルとも呼ばれる。
　物理ゲルは、比較的流動性が高く液体に近い性質を有するため、金属部１１の露出面に水を効率良く供給する。化学ゲルは、比較的流動性が低く、固体に近い性質を有するため、露出面と光透過性粒子１２との接着性および密着性を担保する。物理ゲルとして、例えば寒天、ポリスチレンゲル等が挙げられる。化学ゲルとして、例えばポリアクリル酸ゲル、ポリヒドロキシエチルメタクリレートゲル、ポリアクリルアミドゲルなどが挙げられる。
　＜電極の変形例２＞
　図１に示す本実施形態の電極１０の変形例２として、複数の金属部１１を備えることとしてもよい。
　電気化学測定の手法によって、電極の構成は異なる。例えば、三電極法を用いる場合、図１または図２に示す電極１０、１０Ａを使用する。三電極法で使用する電極数は、作用電極、対極、参照電極の３つである。三電極法の作用電極として、解析対象の埋設金属材料と同じ材料の金属部１１を有する電極１０、１０Ａを採用する。
　二電極法を用いる場合、電極数は２つとなり、変形例２の複数の金属部１１を備える電極を採用する。
　図３は、変形例２の電極１０Ｂの構成を模式的に示す構成図である。図３に示す電極１０Ｂは、２つの金属部１１と、２つの導通部１５とを備える点において、図１に示す電極１０と異なり、その他は、電極１０と同じである。二電極法で用いる電極は、作用電極と対極とである。作用電極と対極とは、２つの金属部１１と同義である。
　なお、三電極法を用いる場合、参照電極が存在することで金属部１１の自然電位を測定することができる。そのため、交流インピーダンス測定のみならず、金属部１１の自然電位を要する直流分極抵抗測定およびアノード腐食電流測定を実施することができる。しかし、参照電極の導入により、高濃度の塩溶液が測定系に流出し、光透過性膠化体１３の膨潤挙動に影響を与える恐れがある。従って、塩橋を用いる等の対策を講じる必要がある。
　一方、二電極法を用いる場合、図３に示す構成で全ての電極をまかなうことができるため測定系がシンプルであり構築し易い。また、参照電極を使用しないため、塩溶液による測定系の汚染を考慮しなくて良い。しかし、三電極法と異なり二電極法では、金属部１１の自然電位を測定することができないため、適用可能な電気化学測定は交流インピーダンス測定等に留まることに注意する。リアルタイム腐食解析電極を使用する目的に合わせて電極の仕様や測定手法を選択するのが良い。
　＜リアルタイム腐食解析装置＞
　図４は、本実施形態のリアルタイム腐食解析装置の構成例を模式的に示す構造図である。図示するリアルタイム腐食解析装置１は、電極部１００と、撮影部２０と、電気化学測定部３０と、解析部４０とを少なくとも１つずつ備える。
　図５は、電気化学測定に三電極法を用いる場合の電極部１００の構成を模式的に示す構造図である。図示する電極部１００は、作用電極１０，１０Ａと、対極と、参照電極とを有する。これら３つの電極は、それぞれ電気化学測定部３０に電気的に接続される。作用電極１０，１０Ａは、解析対象の埋設金属材料と同じ材料の金属部１１を有する電極１０、１０Ａを用いる（図１、図２）。対極は、例えば白金、炭素などを使用してもよい。参照電極は、例えば銀塩化銀電極、飽和甘汞電極（カロメル電極）等を使用しても良い。
　図６は、電気化学測定に二電極法を用いる場合の電極部１００の構成を模式的に示す構造図である。図示する電極部１００は、作用電極および対極として、２つの金属部１１および２つの導通部１５を備える電極１０Ｂを用いる（図３）。２つの金属部１１（作用電極、対極）は、それぞれ電気化学測定部３０に電気的に接続される。
　図５および図６に示すように、電極１０、１０Ａ、１０Ｂは、光透過性膠化体部１３の乾燥を防ぐために、溶液中に浸漬した状態で静置するのが好ましい。光透過性膠化体部１３が乾燥すると、金属部１１の露出面に腐食反応に必要な水分の供給ができなくなることに加え、光透過性膠化体部１３の収縮で膠化体の光透過率が減少し露出面の観察が不可能になるからである。
　また、使用する溶液は光透過性膠化体１３を膨潤させる際に使用した溶液と同じものを使用する。光透過性膠化体１３に使用した物質によっては、膨潤挙動の異なる溶液と接触することにより収縮が起こり、これにより光透過率が減少する可能性が生じるからである。
　なお、光透過性膠化体部１３が乾燥しないよう、例えば加湿機能を備える等の機構を有する場合は、光透過性膠化体部１３を含む電極１０、１０Ａ、１０Ｂを、溶液中に浸漬した状態で静置していなくてもよい。
　撮影部２０は、図５および図６に示すように、光透過性粒子１２および光透過性膠化体部１３が配置された方向から、金属部１１の露出面を撮影する機能を有する。撮影部２０が露出面を撮影した画像から、ユーザは、露出面の腐食挙動を観察することができる。例えば、ユーザは、露出面のうち腐食が起きやすい箇所（すなわち活性領域）と、腐食が起きにくい箇所（すなわち不活性領域）とを判別することが可能となる。なお、撮影する画像は、所定の時間の動画であっても、所定のタイミングに撮影した静止画であってもよい。
　撮影部２０には、目的に応じて適切な分解能を有する撮影装置を用いる。露出面の全体像を観察したい場合、例えば分解能が低いCCDカメラまたは3Dマクロスコープを使用することができる。また、露出面の局所的な腐食を詳細に観察したい場合は、例えば分解能が高い光学顕微鏡または共焦点レーザー顕微鏡を使用することができる。更に、分子レベルで腐食挙動や発生メカニズムを観察する場合は、例えば透過型電子顕微鏡を使用することができる。
　ただし、露出面は光透過性粒子１２および光透過性膠化体部１３で覆われているため、プローブ走査によって表面画像を取得する原子間力顕微鏡および走査型電子顕微鏡は、使用することができない。
　また、撮影部２０に用いる撮影装置の画像収集時間にも留意する。これは、撮影部２０により撮像した画像と、電気化学測定部３０による測定結果とを同時に用いる場合、画像収集時間が長いと両者の結果を時刻で比較できないためである。例えば、光学顕微鏡または透過型電子顕微鏡の画像収集時間は10 ms～0.1 sであり、共焦点レーザー顕微鏡は0.1 s～1 sである。撮影と電気化学測定のズレをどの程度まで許容できるかによって使用する撮影装置を選定しても良い。
　図７は、撮影部２０により撮影された電極１０、１０Ａ、１０Ｂ（以下、「電極１０」とする）の画像における、金属部１１の露出面を拡大した拡大画像の一例を示す図である。図７から、露出面における活性領域Ａと不活性領域Ｂとを判別することができる。これにより、例えば光透過性粒子１２と露出面との間に毛細管現象で捕捉された水が存在する領域が活性領域Ａになり易く、露出面と気相が接する領域および露出面と光透過性粒子１２が接する領域が不活性領域Ｂになり易い、などの腐食状況に関する情報を把握することができる。このような情報が得られることで、使用する金属の種類および溶液の種類ごとに、活性領域Ａおよび不活性領域Ｂの傾向分析および腐食発生メカニズムの解明に繋がる。
　なお、活性領域Ａおよび不活性領域Ｂの面積を算出する際は、光透過性粒子１２および光透過性膠化体１３の屈折率を予め算出し、両者の屈折率を補正することが望ましい。
　電気化学測定部３０は、電極部１００の電極１０と、導通部１５を介して接続し、腐食速度および腐食挙動を求めるため、電気化学的手法で、分極抵抗、アノード腐食電流などを測定する。
　例えば、電気化学的に腐食速度を算出する場合、腐食進行に伴う反応抵抗（分極抵抗Rp）を測定する手法が一般的に用いられている（非特許文献６参照）。分極抵抗Rpを測定する手法として、例えば直流分極抵抗法、あるいは交流インピーダンス法を用いる。
　直流分極抵抗法における測定は、自然電位を基準に金属部１１の露出面を荒らさない範囲で、かつ得られる電流－電位特性から抵抗値の算出が可能な電位範囲で電流電位の掃引を実施する。例えば、電気化学測定において金属表面への影響が小さいと考えられている交流インピーダンス法における印加電位である±5 [mV]で実施しても良い。分極抵抗Rpは、得られた電流－電位特性の傾きから算出する。傾きの算出方法は、例えば最小二乗法を用いても良いし、外挿法を用いても良い。
　交流インピーダンス法における測定は、高周波数から低周波数に向かって実施し、得られるナイキスト線図の高周波領域および低周波領域にそれぞれ容量性の半円が出現する。
　図８は、ナイキスト線図の一例を示す。分極抵抗Rpは、低周波領域の円弧に由来すると考えられるため、低周波領域の半円の開始点から終着点までの横軸（インピーダンス実部, Z’ [Ω・cm2]）の値から分極抵抗Rpを算出する。交流印加電位は金属表面への影響が小さいと考えられている±5 [mV]で実施するのが好ましい。
　なお、直流分極抵抗法で得られる分極抵抗Rpは、測定系全体の抵抗値が算出されるため、光透過性粒子１２の材料によっては、分極抵抗Rpに対して光透過性粒子１２の抵抗値が無視できないほど大きく出現する可能性が考えられる。
　一方で、交流インピーダンス法では、印加電位の周波数によって測定される抵抗値を分離することが可能なため、例えば図８において、高周波領域の半円は光透過性粒子１２（土壌）に由来する抵抗を反映し、低周波領域の半円は分極抵抗Rpのみを反映する。このことから、交流インピーダンス法では、分極抵抗Rpのみを正確に求めることができる。以上により、電気化学測定部３０は、交流インピーダンス法を採用して、電気化学測定を行うことが好ましい。
　解析部４０は、撮影部２０で撮影した画像を用いた腐食分布および凹凸形状の解析と、電気化学測定部３０の測定結果を用いた腐食速度の算出および腐食挙動の解析と、を実施する。
　解析部４０は、撮影部２０から出力された電極１０の露出面の撮影画像（動画または静止画）を、画像解析する。例えば、撮影部２０（撮影装置）にCCDカメラ、光学顕微鏡等を用いた場合、解析部４０は、色（色調）を用いて撮影画像を解析し、活性領域Ａの合計面積を算出する。具体的には、金属部１１の露出面に腐食生成物が生じて、色が赤褐色等に変化した部分を活性領域Ａと判定し、それ以外の部分を不活性領域Ｂと判定する。
　腐食生成物と考えられるものとして、一般的に赤錆（茶色）、黒錆が考えられる。そのため、解析部４０は、撮影画像の色を解析し、赤錆、黒錆などの錆に対応する所定の１つまたは複数の色となっている部分を、活性領域Ａとして撮像画像から算出する。あるいは、解析部４０は、鉄以外はすべて透明なため、鉄素地以外の色を腐食生成物（錆）と判定し、撮像画像の鉄素地以外の色の部分を活性領域Ａとして算出してもよい。
　また、撮影部２０に3Dマクロスコープ、透過型電子顕微鏡等を用いた場合、例えば、解析部４０は、表面の凹凸形状を用いて撮影画像を解析し、腐食によって板厚が減少している部分、すなわち凹部を活性領域Ａと判定し、それ以外の部分を不活性領域Ｂと判定する。このように、解析部４０は、撮影画像の凹部を検出する画像解析を行うことで、活性領域Ａの合計面積を算出する。
　解析部４０は、電気化学測定部３０から出力された測定結果を受け付け、所定の処理および計算を行う。例えば、解析部４０は、直流分極抵抗法、交流インピーダンス法などで分極抵抗Rpが測定された場合、分極抵抗Rpから次式に基づき腐食電流密度i corrを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、i corrは腐食電流密度[A/cm2]、Kは換算係数[V]、Rpは分極抵抗[Ω・cm2]を示す。ここでは、換算係数Kを予め算出しておく。換算係数Kは、アノード及びカソード分極曲線からターフェル（Tafel）勾配を導いて次式に基づいて算出される（非特許文献７）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、βaはアノード勾配[V/decade]、βcはカソード勾配[V/decade]を示す。もしくは、ターフェル勾配測定することなく、βa = βc = 0.1 [V/decade]と仮定し、換算係数Kを算出しても良い（非特許文献８）。
　次に、解析部４０は、次式に基づいて腐食速度rを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、rは腐食速度[cm/sec]、zはイオン価数、ρは密度[g/cm2]、Fはファラデー定数[C]、Mは原子量[g/mol]を示す。z（イオン価数）、ρ（密度）およびM（原子量）は、電極１０の金属部１１（作用電極）で使用する材料ごとに、所定の値が存在する。
　解析部４０は、撮影部２０の撮影画像および電気化学測定部３０の測定結果を用いて金属部１１の腐食速度を算出する。具体的には、撮影部２０の撮影画像から金属部１１の露出面における活性領域Ａの面積を算出し、電気化学測定部３０の測定結果から算出される腐食速度を、活性領域Ａの面積を用いて補正する。このように、本実施形態では、撮影部２０の撮影画像と電気化学測定部３０の測定結果とを用いることで、精度の高い腐食量の評価および腐食発生・進行メカニズムの解明に繋がる。
　例えば、金属部１１の露出面に局所的な腐食が発生している状況で、電気化学測定部３０のみを実施した場合、導出される結果は露出面の表面積に対する平均の腐食速度である。このため、孔食等の穴あきが発生する局所的な腐食パターン（腐食モード）に、平均の腐食速度を適用することは意味がない。
　本実施形態では、解析部４０は、撮影部２０の撮影画像から活性領域Ａの面積（合計面積）を取得し、活性領域Ａの面積に対する腐食速度に補正（換算）する。例えば、電極面積をb(mm2)、腐食速度をx(mm/year)とすと、通常では、電極面積bに対して1年で平均x(mm)が腐食によって金属の厚さが薄くなると判断する。しかし、上記の条件で活性領域Ａが、電極面積bに対してa%だった場合、活性領域Ａの面積に対する腐食速度に補正する計算式は、以下のとおりである。
　x(mm/y)×(b/(ab/100)) = 100x/a(mm/y)
　すなわち、活性領域Ａが50%だった場合、算出される腐食速度は2x(mm/y)と補正されることになる。
　このように、本実施形態の解析部４０は、電気化学測定部３０の測定結果から算出される腐食速度だけでなく、当該腐食速度を腐食の状況に応じて補正した補正後の腐食速度も解析結果として出力する。また、解析部４０は、撮影画像から取得される活性領域Ａの割合、および、活性領域Ａの分布などの腐食の挙動の推移を経時的に示す画像を出力する。
　このような解析部４０の解析結果（出力データ）に基づいて、ユーザは、局所的な腐食パターンの場合であっても、妥当性の高い評価を下すことが可能になる。例えば、撮影画像から、土粒子が金属表面と接する領域、および土粒子と金属表面が接す近傍の間隙中に毛細管現象によって補足された水が存在する領域に腐食が多い、等を画像の色解析から判断することができる。
　また、撮影部２０に3Dマクロスコープ等を用いた場合、解析部４０は、撮影画像から活性領域Ａである凹部の面積を算出し、前述の計算式を用いて電気化学測定部３０の測定結果から算出される腐食速度を補正することができる。これにより、解析部４０の解析結果に基づいて、ユーザは、腐食パターンに応じて妥当性の高い評価を下すことが可能になる。
　また、解析部４０は、撮影画像の凹部の体積から腐食量（腐食減肉量）を算出し、出力する。ユーザは、この腐食量を用いて、電気化学測定部３０の解析結果と比較検証することで、より高い確度で腐食の状況を判断することができる。
　具体的には、解析部４０は、電気化学測定の測定結果に基づいて、腐食反応の起こりにくさ（電荷移動抵抗）を腐食電流に換算し、腐食速度を算出した後、腐食速度の経時変化を時間積分することで腐食量を算出する。このように電気化学測定の測定結果のみを用いて腐食量を算出した場合、実際の金属表面の腐食状況に基づいて腐食量を判断することができない。このため、本実施形態の解析部４０は、電気化学測定から算出した腐食量を出力するとともに、当該腐食量の妥当性を補強するために、測定結果撮影画像から算出した腐食量も併せて出力してもよい。このように、ユーザは、電気化学測定で得られた結果の妥当性を検証する上で、３Ｄマクロスコープの撮影画像から算出される腐食量を用いることができる。
　また、ユーザは、解析部４０が出力する撮影画像から、腐食形態およびその経時変化（腐食部は円形か、経時変化とともにその円形は大きく成長するか、それとも形状に変化はなく深さ方向に腐食が進行するか等）を把握することができる。
　また、電気化学測定部３０で例えばアノード分極測定を採用した場合、撮影部２０の撮影画像と併せることで、金属部１１の露出面における腐食挙動を解析することができる。例えば、撮影部２０に光学顕微鏡を導入し、電気化学測定部３０でアノード分極測定を行う。
　解析部４０は、アノード分極測定の測定結果として、電極電位に対する溶解電流密度の経時変化を示す曲線（アノード分極曲線）を出力する。アノード分極曲線は、金属が腐食している（活性態）か、否（不動態）かを判断する材料となる。具体的な電気化学測定では、何もしていない金属の電位（自然電位）を基準として貴（＋）の方向に電圧を印加し、溶解電流密度の変化を解析する。
　解析部４０が、アノード分極曲線および経時的な腐食の状況を示す撮影画像を出力することで、孔食発生のモデル構築およびメカニズム解析に繋がる。具体的には、露出面が溶解するとアノード分極曲線において電流値の上昇が観察される。孔食の起点となるピットが発生したとき、アノード分極曲線の挙動によりその性質を判断することができる。例えば、電流スパイクが現れると再不働態化性ピットが、電流の急上昇が現れると成長性ピットが発生したと考えられる（非特許文献９参照）。
　また、同時に撮影部２０でピットの生成過程や形態変化等の外観変化を捉えることができる。例えば初期のピットはどのような形態で現れるか、再不働態化ピットが現れた時点で難溶性の腐食生成物が発生したのではないか、成長性ピットが出現しているにも関わらずピットの形態変化が観察できないため深さ方向に孔食が進んでいるのではないか、等の情報を得ることができる。
　図９は、本実施形態のリアルタイム腐食解析方法において、腐食速度の算出および腐食挙動の経時的変化を示す画像を出力する処理手順を示す動作フローである。図９に示すように、撮影部２０は電極１０の露出面の動画撮影を行う（ステップＳ１０１）。また、ステップＳ１０１と並行して、電気化学測定部３０は、電極１０の電気化学測定を行う（ステップＳ１０２）。
　そして、撮影部２０および電気化学測定部３０で得られた結果は、解析部４０に送出され、各種の解析を行うことで、腐食速度および腐食量の算出、経時的な腐食挙動を示す画像を出力する（ステップＳ１３）。これにより、ユーザは、埋設金属材料の腐食をリアルタイム解析することができる。
　なお、撮影部２０と電気化学測定部３０で得られた結果は、解析部４０で突合される。そのため、両者を突合する際には、同じ時刻で得られた結果同士で検証を行うため、時刻を記録する媒体はズレの無いよう十分に注意する。例えば、インピーダンス法で腐食速度を算出する場合は一定間隔毎に測定を実施する。この場合、測定間隔は任意に設定することができる。アノード分極測定を行う場合、自然電位から電位が貴の方に掃引する際に、掃引速度を設定する（例えば0.1mV/sec）。何Ｖまで電位を掃引するかは任意に設定することができ、また何Ｖまで掃引したかが分かれば掃引速度と併せると測定開始から終了までの時間を紐付けることができる。
　本実施形態では、腐食速度を算出する場合、解析部４０は、撮影部２０の動画から活性領域の面積を、電気化学測定部３０の測定結果から分極抵抗を取得し、腐食の状況に応じた腐食速度を導出する。
　解析部４０から出力される撮影部２０の動画から孔食ピットの形態を把握し、解析部４０から出力されるアノード分極曲線を用いることで、腐食挙動を評価することができる。
　なお、腐食速度の導出および腐食挙動の評価が可能であれば、撮影部２０における撮影装置や撮影手法、電気化学測定部３０における測定手法や測定様式は本実施形態に限定するものではない。
　以上説明した本実施形態の電極は、埋設金属材料の腐食をリアルタイム解析するための電極であって、金属材料から成る金属部と、金属部の１つの露出面以外を被覆し固定する金属固定部と、露出面に接するように配置される複数の粒子と、複数の粒子を覆い露出面と金属固定部に密着する膠化体部と、金属部との電気的導通を確保する導通部とを備え、複数の粒子および膠化体部は光を透過する。
　このように、本実施形態の電極は、固相として土粒子を模擬した透過性の高い光透過性粒子と、光透過性粒子と金属表面との接触を担保しつつ腐食反応に必要な水を供給する液相の役割を担う光透過性膠化体（ゲル）とを備える電極である。この電極を用いることで、土壌腐食が発生する表面状態を模擬し、地中に埋設された金属材料の腐食をリアルタイムで解析することが可能となる。
　すなわち、本実施形態の電極を用いることで、金属表面（露出面）に発生する腐食を、直接in situ（その場で）観察することができ、金属表面上でどの部分が活性領域または不活性領域に該当するかを解明すること可能である。また、本実施形態の電極により、活性領域の発生箇所を特定することができ、土壌腐食のメカニズム解明にも大きく貢献することが可能である。
　また、本実施形態の腐食解析装置によれば、電気化学測定とともに、腐食表面のリアルタイム解析を実施することができ、腐食の実態に見合う適切な評価を下すことが可能となる。すなわち、露出面の撮影画像によるin situ観察と、電気化学的な定量評価とを組み合わせることで、信頼度の高い土壌腐食の解析結果を算出することができ、また、土壌腐食の評価方法の確立につなげることができる。
　上記説明したリアルタイム腐食解析装置１の解析部４０には、例えば、CPU（Central Processing Unit、プロセッサ）と、メモリと、ストレージ（HDD：Hard Disk Drive、SSD：Solid State Drive）と、通信装置と、入力装置と、出力装置とを備える汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。このコンピュータシステムにおいて、CPUがメモリ上にロードされた解析部４０用のプログラムを実行することにより、解析部４０の各機能が実現される。また、制御部４０用のプログラムは、HDD、SSD、USBメモリ、CD-ROM、DVD-ROM、MOなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
　１　：リアルタイム腐食解析装置
　１０：電極
　１１：金属部
　１２：光透過性粒子
　１３：光透過性膠化体部
　１４：金属固定部
　１５：導通部
　２０：撮影部
　３０：電気化学測定部
　４０：解析部
　１００：電極部
　Ａ　：活性領域
　Ｂ　：不活性領域

Claims (6)

  1. 　埋設金属材料の腐食をリアルタイム解析するための電極であって、
    　金属材料から成る金属部と、
    　前記金属部の露出面以外を被覆し固定する金属固定部と、
    　前記露出面に接するように配置される複数の粒子と、
    　複数の前記粒子を覆い、前記露出面と前記金属固定部に密着する膠化体部と、
    　前記金属部との電気的導通を確保する導通部と、を備え、
    　複数の前記粒子および前記膠化体部は、光を透過すること、
    　を特徴とする電極。
  2. 　請求項１記載の電極であって、
    　前記膠化体部は、前記露出面に水分を供給するために含水していること、
    　を特徴とする電極。
  3. 　請求項１または２に記載の電極であって、
    　複数の前記金属部と、
    　複数の前記導通部と、を備えること
    　を特徴とする電極。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の電極と、
    　複数の前記粒子と前記膠化体部が配置された方向から前記露出面を撮影する撮影部と、
    　前記導通部を介して前記電極と接続し、前記電極の電気化学測定を行う電気化学測定部と、
    　前記撮影部の撮影画像および前記電気化学測定部の測定結果を用いて前記金属部の腐食速度を算出する解析部と、を備えること
    　を特徴とする腐食解析装置。　
  5. 　請求項４に記載の腐食解析装置であって、
    　前記解析部は、前記撮影画像から前記露出面における腐食の活性領域の面積を算出し、前記電気化学測定部の測定結果から算出される腐食速度を、前記活性領域の面積を用いて補正すること
    　を特徴とする腐食解析装置。　
  6. 　請求項４または５に記載の腐食解析装置が行う腐食解析方法であって、
    　前記金属部の露出面を撮影する撮影ステップと、
    　前記電極の電気化学測定を前記撮影ステップと並行して行う電気化学測定ステップと、
    　前記撮影ステップの撮影画像および前記電気化学測定ステップの測定結果を用いて、前記金属部の腐食速度を算出するステップと、
    　を行うことを特徴とする腐食解析方法。
PCT/JP2019/043149 2018-11-16 2019-11-01 電極、腐食解析装置および腐食解析方法 WO2020100642A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/287,215 US11821817B2 (en) 2018-11-16 2019-11-01 Electrode, corrosion analysis device, and corrosion analysis method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018215429A JP7007590B2 (ja) 2018-11-16 2018-11-16 電極、腐食解析装置および腐食解析方法
JP2018-215429 2018-11-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020100642A1 true WO2020100642A1 (ja) 2020-05-22

Family

ID=70731497

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/043149 WO2020100642A1 (ja) 2018-11-16 2019-11-01 電極、腐食解析装置および腐食解析方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11821817B2 (ja)
JP (1) JP7007590B2 (ja)
WO (1) WO2020100642A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114166732A (zh) * 2021-11-10 2022-03-11 西南交通大学 一种计及高腐蚀性土壤影响下的接地装置寿命评估方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6968317B1 (ja) * 2021-01-08 2021-11-17 三菱電機株式会社 耐食性診断器、耐食性診断器の製造方法および耐食性診断方法
WO2024069920A1 (ja) * 2022-09-30 2024-04-04 日本電信電話株式会社 試験体およびその作製方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06308091A (ja) * 1993-04-26 1994-11-04 Shimadzu Corp 埋設金属管等の腐食検査装置
JP2000046778A (ja) * 1998-07-28 2000-02-18 Shukuji Asakura 局部腐食モニタリング用模擬電極および当該電極を用いた局部腐食モニタリング方法
JP2011075477A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Jfe Steel Corp 模擬土壌を用いた土壌腐食試験方法
CN105334309A (zh) * 2015-10-27 2016-02-17 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种土壤重金属迁移转化模拟装置
JP2017072592A (ja) * 2015-10-06 2017-04-13 新日鐵住金株式会社 試験槽、試験装置および試験方法
JP2018205224A (ja) * 2017-06-08 2018-12-27 日本電信電話株式会社 測定装置および測定方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5136997B2 (ja) * 2011-01-26 2013-02-06 国立大学法人東北大学 光学顕微鏡観察機能を備えた電気化学計測用微小電極システム
JP6308091B2 (ja) 2014-10-03 2018-04-11 株式会社デンソー 電力変換装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06308091A (ja) * 1993-04-26 1994-11-04 Shimadzu Corp 埋設金属管等の腐食検査装置
JP2000046778A (ja) * 1998-07-28 2000-02-18 Shukuji Asakura 局部腐食モニタリング用模擬電極および当該電極を用いた局部腐食モニタリング方法
JP2011075477A (ja) * 2009-10-01 2011-04-14 Jfe Steel Corp 模擬土壌を用いた土壌腐食試験方法
JP2017072592A (ja) * 2015-10-06 2017-04-13 新日鐵住金株式会社 試験槽、試験装置および試験方法
CN105334309A (zh) * 2015-10-27 2016-02-17 中国科学院武汉岩土力学研究所 一种土壤重金属迁移转化模拟装置
JP2018205224A (ja) * 2017-06-08 2018-12-27 日本電信電話株式会社 測定装置および測定方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114166732A (zh) * 2021-11-10 2022-03-11 西南交通大学 一种计及高腐蚀性土壤影响下的接地装置寿命评估方法
CN114166732B (zh) * 2021-11-10 2022-07-19 西南交通大学 一种计及高腐蚀性土壤影响下的接地装置寿命评估方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210381950A1 (en) 2021-12-09
JP7007590B2 (ja) 2022-01-24
JP2020085483A (ja) 2020-06-04
US11821817B2 (en) 2023-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020100642A1 (ja) 電極、腐食解析装置および腐食解析方法
Mouanga et al. Comparison of corrosion behaviour of zinc in NaCl and in NaOH solutions; Part II: Electrochemical analyses
CN109945776B (zh) 一种电化学中基于荧光颗粒标记与主动光学测量的位移/应变测量方法
Flis et al. Interpretation of impedance data for reinforcing steel in alkaline solution containing chlorides and acetates
JP6163433B2 (ja) すきま腐食試験方法およびすきま腐食試験装置
Reddy et al. Breakdown of organic coatings in corrosive environments examined by scanning kelvin probe and scanning acoustic microscopy
US8926823B2 (en) Sub-coating coated metal corrosion measurement
ATE510492T1 (de) Verfahren zur kennzeichnung von geweben
US9898832B1 (en) Surface metallographic method for characterizing the degree of sensitization of aluminum-magnesium alloys
Meng et al. A novel design of electrochemical noise configuration based on embedded-electrodes for in-situ evaluation of epoxy coating under marine alternating hydrostatic pressure
WO2021100117A1 (ja) 腐食量推定装置および腐食量推定方法
Dong et al. In situ evolution of trivalent chromium process passive film on Al in a corrosive aqueous environment
Schiegg et al. Potential mapping technique for the detection of corrosion in reinforced concrete structures: Investigation of parameters influencing the measurement and determination of the reliability of the method
Varela et al. A novel approach for monitoring pipeline corrosion under disbonded coatings
EP2365344A1 (en) Method for measuring surface property parameters of a material and system for analyzing surface property parameters of a material based on the method
JP2000046778A (ja) 局部腐食モニタリング用模擬電極および当該電極を用いた局部腐食モニタリング方法
Mylonas et al. Surface form analysis on complex freeform organic structures–measuring erosive wear on human teeth in vitro
Li et al. A quantitative real-time evaluation of rust creep propagation in coating systems exposed to field testing and cyclic ageing test
JP7201947B2 (ja) 腐食評価支援装置および腐食評価支援方法
JP3495543B2 (ja) 焼戻しマルテンサイト系鋼のクリープ損傷評価方法
Shi et al. A corrosion monitoring system for existing reinforced concrete structures
JP7405254B2 (ja) 腐食推定装置および方法
RU2730054C1 (ru) Устройство для экспериментального исследования процесса коррозионно-механического изнашивания
JP2007147550A (ja) 部分変異構造を有する表面の表面自由エネルギーの測定法
JP2514105B2 (ja) 腐食探査用可搬式センサ―

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19883761

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19883761

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1