WO2024069920A1 - 試験体およびその作製方法 - Google Patents
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- 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
Definitions
- the present invention relates to a test specimen used for measuring corrosion rates and a method for preparing the same.
- corrosion-promoting factors such as chloride ions Cl- , sulfate ions SO42- , and nitrate ions NH3- carried by rain and wind, as well as the presence of oxygen and water, which cause corrosion reactions (atmospheric corrosion).
- This atmospheric corrosion can progress in narrow areas, such as under the rust film that forms on the surface of the metal structure.
- Non-Patent Document 1 When measuring the corrosion rate of metal materials under a rust film, there is a method of performing corrosion rate evaluation on metal materials that have already been allowed to rust (Non-Patent Document 1).
- the present invention was made to solve the above problems, and aims to systematically evaluate the corrosion that progresses in narrow areas formed on the surface of metal structures, making it possible to predict corrosion deterioration.
- the test specimen according to the present invention comprises a structure made of the metal to be measured, and a simulated narrow structure made of a plurality of spherical particles of a non-corrosive material with a known diameter, which are arranged in close-packed state in contact with the surface of the structure and have the gaps between the particles as narrow sections.
- the method for producing a test specimen according to the present invention includes a first step of preparing a structure made of the metal to be measured, and a second step of filling a container with a plurality of spherical particles of a non-corrosive material with a known diameter, thereby forming a simulated narrow structure with the gaps between the particles as narrow portions, and arranging the simulated narrow structure in contact with the surface of the structure.
- a simulated narrow structure made of multiple spherical particles with known diameters is placed in contact with the surface of a structure made of the metal to be measured, so that corrosion progressing in the narrow area formed on the surface of the metal structure can be systematically evaluated and corrosion deterioration can be predicted.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a test specimen according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view showing a more detailed configuration of a test specimen according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state of a test specimen in the middle of a process for explaining a method for producing a test specimen according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 3B is a cross-sectional view showing the state of the test specimen in the middle of a process for explaining the method for producing the test specimen according to the embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a test system for carrying out a corrosion test using a test specimen according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of another test specimen according to an embodiment of the present invention.
- This test specimen is composed of a structure 101 made of the metal to be measured, and a simulated narrow structure 102 arranged in contact with the surface of the structure 101.
- the simulated narrow structure 102 can be arranged, for example, covering the surface of the structure 101 to be measured.
- the simulated narrow structure 102 is composed of a plurality of particles 103, and has gaps between adjacent particles 103 as narrow portions.
- the particles 103 are spherical (true spherical).
- the simulated narrow structure 102 is an assembly of a plurality of particles 103 in a close-packed state.
- the simulated narrow structure 102 can be said to be an assembly (powder) of a plurality of particles 103.
- the structure 101 is, for example, a steel material.
- the particles 103 can be made of a non-corrosive material such as plastic or glass.
- the particles 103 also have a known diameter.
- a simulated narrow structure 102 can be housed in a container 110 with a plate-like structure 101 as the bottom surface and a frame body 111 as the side surface to serve as a test specimen.
- the structure 101 can be placed between the frame body 111 and a support substrate 112, and the bottom extension of the frame body 111 can be fixed to the support substrate 112 with a clamp 115, thereby pressing the structure 101 against the frame body 111 to fix it.
- an O-ring 113 can be placed between the bottom extension of the frame body 111 and the structure 101, and an O-ring 114 can be placed between the structure 101 and the support substrate 112.
- a structure 101 made of the metal to be measured is prepared (first step).
- a container 110 is formed with a plate-shaped structure 101 as the bottom and a frame 111 as the side.
- the container 110 can be made by placing the structure 101 between the frame 111 and a support substrate 112 and fixing the bottom extension of the frame 111 and the support substrate 112 with a clamp 115.
- a simulated narrow structure 102 is formed by filling a container 110 with a plurality of particles 103, and the simulated narrow structure 102 is placed in contact with the surface of the structure 101 (second step).
- the total volume V of the narrow parts in the simulated narrow structure 102 can be expressed by the following formula (1).
- the radius r of the particles 103 it is possible to arbitrarily set the total volume of the narrow parts.
- the area S of the structure 101 in contact with the atmosphere (air) at the narrow part of the simulated narrow structure 102 can be expressed by the following formula (2), and the area S can be set arbitrarily.
- salt water is dripped onto a simulated narrow structure 102 arranged on a plate-like structure 101, and the dripped salt water is allowed to impregnate the simulated narrow structure 102, so that it acts on the surface of the structure 101, and then dried, so that the surface of the structure 101 can be corroded.
- the rate of corrosion that occurs during the above-mentioned cycle of dripping and drying of salt water can be measured by a well-known hydrogen permeation test method.
- hydrogen is generated on the surface of the structure 101 where the corrosion is progressing.
- the hydrogen generated on the surface of the structure 101 permeates the structure 101.
- the rate of corrosion described above can be estimated by measuring the hydrogen that has permeated the structure 101.
- the test system shown in FIG. 4 can be used.
- This test system includes an electrochemical measurement device 120 such as a potentiostat, a counter electrode 121 and a reference electrode 122 connected to the electrochemical measurement device 120, and an electrolyte solution 124 contained in a measurement cell 123 in which the counter electrode 121 and the reference electrode 122 are immersed.
- the electrolyte solution 124 can be, for example, an aqueous solution of sodium hydroxide.
- a test specimen is prepared by the structure 101 and the simulated narrow structure 102 filled in the frame 111, and the electrolyte solution 124 contained in the measurement cell 123 is brought into contact with the bottom surface of the structure 101 at the opening 123a of the measurement cell 123. By disposing an O-ring 116 between the periphery of the opening 123a and the bottom surface of the structure 101, it is possible to prevent liquid leakage.
- the structure 101 is connected to the electrochemical measurement device 120 as a working electrode.
- the potential of the structure 101 is controlled to be constant relative to the reference electrode 122, and the current flowing between the structure 101 and the counter electrode 121 is measured, thereby making it possible to measure the hydrogen that has permeated the structure 101.
- the structure made of the metal to be measured is described as being plate-shaped, but this is not limited thereto.
- the structure made of the metal to be measured can be rod-shaped (columnar).
- a rod-shaped structure 101a can be inserted into a simulated narrow structure 102 provided in a container 110a, so that the simulated narrow structure 102 can be arranged in contact with the surface of the structure 101a (second step).
- some of the side surfaces of the rod-shaped structure 101a are in contact with the simulated narrow structure 102, and at the interface between them, a narrow portion exists between adjacent particles 103.
- salt water is dripped onto the surrounding simulated narrow structure 102 into which the structure 101a is projecting, and the dripped salt water is allowed to penetrate the simulated narrow structure 102, allowing salt water to act on the surface of the portion of the structure 101a that projects into the simulated narrow structure 102.
- the portion of the structure 101a that protrudes into the upper space from the simulated narrow structure 102 is brought into contact with an electrolyte solution as described above, and the corrosion potential is measured in a three-electrode configuration using a potentiostat, making it possible to measure the corrosion rate.
- a simulated narrow structure made of a number of spherical particles with known diameters is placed in contact with the surface of a structure made of the metal to be measured, making it possible to systematically evaluate corrosion progressing in the narrow areas formed on the surface of the metal structure and predict corrosion deterioration.
- a simulated narrow structure is used, making it possible to systematically evaluate corrosion progressing in the narrow area.
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Abstract
本発明の実施の形態に係る試験体は、測定対象の金属から構成された構造体（１０１）と、構造体（１０１）の表面に接して配置された模擬狭隘構造（１０２）とから構成されている。模擬狭隘構造（１０２）は、例えば、構造体（１０１）の測定対象面を覆って配置することができる。模擬狭隘構造（１０２）は、複数の粒子（１０３）から構成され、隣り合う粒子（１０３）の間の隙間を狭隘部として備えるものである。粒子（１０３）は、球状（真球状）とされている。また、模擬狭隘構造（１０２）は、複数の粒子（１０３）が最密充填の状態で集合したものである。
Description
本発明は、腐食速度測定に用いる試験体およびその作製方法に関する。
インフラ設備など野外に設置される金属構造物は、雨や風によって運ばれる塩化物イオンＣｌ-、硫酸イオンＳＯ4
2-、硝酸イオンＮＨ3
-などの腐食促進因子および、酸素・水の存在によって腐食反応（大気腐食）が進行して劣化する。この大気腐食には、金属構造物表面に形成される錆膜の下などの狭隘部で進行する場合がある。
狭隘部では、腐食に必要な要素（腐食促進因子・水・酸素）の拡散が抑制され、腐食に必要な要素が金属表面へ自由に出入りすることができない。このため、狭隘部では、「狭隘部へ腐食に必要な要素が到達しづらく腐食速度を低下させる効果」と、「狭隘部へ侵入した腐食に必要な要素が狭隘部から逃げづらくなり腐食速度を上昇させる効果」とが同時に起こるため、開放部よりも複雑な腐食挙動となる。
インフラ構造物ではこのような狭隘部は多くみられ、狭隘部での金属材料の腐食速度を測定し、腐食劣化を予測することは、インフラ構造物の予防保全の観点から重要である。例えば、錆膜下での金属材料の腐食速度を測定する場合、事前に錆を発生させた金属材料に対して腐食速度評価を実施する方法がある（非特許文献１）。
秋山 英二 他、「北京，重慶および沖縄に室外暴露した試験片を用いた温湿度制御下の電気化学的水素透過試験」、鉄と鋼、１０３巻、２号、９３－１００頁、２０１７年。
しかしながら、上述した従来技術では再現性に乏しく、狭隘部の体積を測定する手段も存在せず、狭隘部の体積を制御することも困難であり、系統的に腐食速度を評価することができず、腐食劣化の予測をすることができない。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、金属構造物表面に形成される狭隘部で進行する腐食を、系統的に評価して腐食劣化が予測できるようにすることを目的とする。
本発明に係る試験体は、測定対象の金属から構成された構造体と、腐食しない材料からなり径が既知の球状とされた複数の粒子から構成され、最密充填の状態で構造体の表面に接して配置され、粒子間の隙間を狭隘部として備える模擬狭隘構造とを備える。
また、本発明に係る試験体の作製方法は、測定対象の金属から構成された構造体を用意する第１工程と、腐食しない材料からなり径が既知の球状とされた複数の粒子を容器の中に充填することで、粒子間の隙間を狭隘部として備える模擬狭隘構造を形成して、模擬狭隘構造を構造体の表面に接して配置する第２工程とを備える。
以上説明したように、本発明によれば、測定対象の金属から構成された構造体の表面に、径が既知の球状とされた複数の粒子から構成された模擬狭隘構造を接して配置したので、金属構造物表面に形成される狭隘部で進行する腐食を、系統的に評価して腐食劣化が予測できる。
以下、本発明の実施の形態に係る試験体について図１を参照して説明する。この試験体は、測定対象の金属から構成された構造体１０１と、構造体１０１の表面に接して配置された模擬狭隘構造１０２とから構成されている。模擬狭隘構造１０２は、例えば、構造体１０１の測定対象面を覆って配置することができる。模擬狭隘構造１０２は、複数の粒子１０３から構成され、隣り合う粒子１０３の間の隙間を狭隘部として備えるものである。粒子１０３は、球状（真球状）とされている。また、模擬狭隘構造１０２は、複数の粒子１０３が最密充填の状態で集合したものである。模擬狭隘構造１０２は、複数の粒子１０３の集合体（粉粒体）ということができる。
構造体１０１は、例えば、鋼材である。粒子１０３は、プラスチックやガラスなどの腐食しない材料から構成することができる。また、粒子１０３は、径が既知とされている。
例えば、図２に示すように、板状の構造体１０１を底面とし、枠体１１１を側面とした容器１１０に、模擬狭隘構造１０２を収容して試験体とすることができる。例えば、枠体１１１と支持基板１１２との間に構造体１０１を配置し、枠体１１１の底部延在部と支持基板１１２とをクランプ１１５で固定することで、枠体１１１に構造体１０１を押しつけて固定することができる。また、枠体１１１の底部延在部と構造体１０１との間にＯリング１１３を配置し、構造体１０１と支持基板１１２との間にＯリング１１４を配置することができる。
次に、試験体の作製方法について説明する。まず、測定対象の金属から構成された構造体１０１を用意する（第１工程）。例えば、図３Ａに示すように、板状の構造体１０１を底面とし、枠体１１１を側面とした容器１１０を形成する。枠体１１１と支持基板１１２との間に構造体１０１を配置し、枠体１１１の底部延在部と支持基板１１２とをクランプ１１５で固定することで、容器１１０とすることができる。
次いで、図３Ｂに示すように、複数の粒子１０３を容器１１０の中に充填することで模擬狭隘構造１０２を形成して、模擬狭隘構造１０２を構造体１０１の表面に接して配置する（第２工程）。
板状の構造体１０１に、半径ｒの粒子１０３による模擬狭隘構造１０２を接触させる場合、模擬狭隘構造１０２における狭隘部の総体積Ｖは次の式（１）により表現することがでる。粒子１０３の半径ｒを変えることで、狭隘部の総体積を任意に設定することが可能である。
また、模擬狭隘構造１０２と構造体１０１との界面において、１つの粒子１０３が構造体１０１と面積ｓで接しているとし、粒子１０３の半径ｒは底面が、長さａの長辺と長さｂ短辺からなる長方形の構造体１０１に比較して十分に小さく、端の影響は無視できるものと仮定する。この場合、構造体１０１が模擬狭隘構造１０２の狭隘部で大気（空気）に接する面積Ｓは、以下の式（２）により示すことができ、面積Ｓは任意に設定することが可能である。
次に、実施の形態に係る試験体を用いた腐食試験について説明する。例えば、板状の構造体１０１の上に配置された模擬狭隘構造１０２の上から、塩水を滴下し、滴下した塩水を模擬狭隘構造１０２に含浸させることで構造体１０１の表面に作用させ、さらに乾燥させることで、構造体１０１の表面を腐食させることができる。上述した塩水の滴下・乾燥のサイクルを継続させる中で発生する腐食の速度は、よく知られた水素透過試験法により計測することができる。構造体１０１の模擬狭隘構造１０２との界面で腐食が進行すると、この腐食が進行している構造体１０１の表面で水素が発生する。構造体１０１の表面で発生した水素は、構造体１０１を透過する。この構造体１０１を透過した水素を測定することで、上述した腐食の速度を推定することができる。
例えば、図４に示す試験システムを用いることができる。この試験システムは、ポテンショスタットなどの電気化学測定装置１２０と、電気化学測定装置１２０に接続された対極１２１，参照極１２２と、対極１２１，参照極１２２を浸漬する測定セル１２３に収容した電解質溶液１２４とを備える。電解質溶液１２４は、例えば、水酸化ナトリウムの水溶液とすることができる。また、構造体１０１と枠体１１１に充填された模擬狭隘構造１０２とによる試験体を用意し、構造体１０１の底面に、測定セル１２３の開口部１２３ａで、測定セル１２３に収容されている電解質溶液１２４を接触させる。開口部１２３ａの周縁部と、構造体１０１の底面との間に、Ｏリング１１６を配置することで、液漏れを防ぐことができる。さらに、構造体１０１を作用極として電気化学測定装置１２０に接続する。
構造体１０１（作用極）、参照極１２２、および対極１２１を用いた３極構成で、構造体１０１の電位を参照極１２２に対して一定に制御して、構造体１０１と対極１２１との間に流れる電流を測定することで、構造体１０１を透過してきた水素を測定することができる。
ところで、上述では、測定対象の金属から構成された構造体を板状として説明したが、これに限るものではない。例えば、測定対象の金属から構成された構造体は、棒状（柱状）とすることができる。例えば、図５に示すように、容器１１０ａの中に設けられた模擬狭隘構造１０２に、棒状の構造体１０１ａを突入させることで、模擬狭隘構造１０２を構造体１０１ａの表面に接して配置することができる（第２工程）。この構成において、棒状とした構造体１０１ａの一部の側面は、模擬狭隘構造１０２に接した状態となり、これらの界面においては、隣り合う粒子１０３の間による狭隘部が存在するものとなる。
この場合、構造体１０１ａを突入させている周囲の模擬狭隘構造１０２に、塩水を滴下し、滴下した塩水を模擬狭隘構造１０２に含浸させることで、模擬狭隘構造１０２に突入している部分の構造体１０１ａの表面に、塩水を作用させることができる。また、模擬狭隘構造１０２より上部空間に突出している部分の構造体１０１ａを、上述同様に電解質溶液に接触させ、ポテンショスタットを用いた３極構成で腐食電位を測定することで、腐食速度の計測が可能となる。
以上に説明したように、本発明によれば、測定対象の金属から構成された構造体の表面に、径が既知の球状とされた複数の粒子から構成された模擬狭隘構造を接して配置したので、金属構造物表面に形成される狭隘部で進行する腐食を、系統的に評価して腐食劣化が予測できるようになる。
従来、全く同一の条件で腐食促進試験を行ったとしても、全く同一の錆膜を得ることはできず、また、錆膜により形成される狭隘部の総体積や、錆膜との界面の金属構造物表面の大気に触れている面積を知ることができないため、狭隘部で進行する腐食を、系統的に評価することができなかった。本発明によれば、模擬狭隘構造を用いるので、狭隘部で進行する腐食を、系統的に評価することができるようになる。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
１０１…構造体、１０２…模擬狭隘構造、１０３…粒子。
Claims (6)
- 測定対象の金属から構成された構造体と、
腐食しない材料からなり径が既知の球状とされた複数の粒子から構成され、最密充填の状態で前記構造体の表面に接して配置され、粒子間の隙間を狭隘部として備える模擬狭隘構造と
を備える試験体。 - 請求項１記載の試験体において、
前記模擬狭隘構造は、前記構造体の測定対象面を覆って配置されている
ことを特徴とする試験体。 - 請求項１または２記載の試験体において、
前記粒子は、プラスチックまたはガラスから構成されていることを特徴とする試験体。 - 測定対象の金属から構成された構造体を用意する第１工程と、
腐食しない材料からなり径が既知の球状とされた複数の粒子を容器の中に充填することで、粒子間の隙間を狭隘部として備える模擬狭隘構造を形成して、前記模擬狭隘構造を前記構造体の表面に接して配置する第２工程と
を備える試験体の作製方法。 - 請求項４記載の試験体の作製方法において、
前記構造体は、板状とされ、
前記容器は、前記構造体の表面に設けられた枠体による側面と、板状の前記構造体による底面とから構成されている
ことを特徴とする試験体の作製方法。 - 請求項４記載の試験体の作製方法において、
前記構造体は、棒状とされ、
前記第２工程は、前記容器の中に設けられた前記模擬狭隘構造に、棒状の前記構造体を突入させることで、前記模擬狭隘構造を前記構造体の表面に接して配置する
ことを特徴とする試験体の作製方法。
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| PCT/JP2022/036658 WO2024069920A1 (ja) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 試験体およびその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2024069920A1 (ja) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010016265A1 (ja) * | 2008-08-08 | 2010-02-11 | 住友電気工業株式会社 | 腐食試験方法 |
| JP2014066620A (ja) * | 2012-09-26 | 2014-04-17 | Toshiba Corp | すきま腐食センサー、すきま腐食評価装置及び評価方法 |
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-
2022
- 2022-09-30 WO PCT/JP2022/036658 patent/WO2024069920A1/ja unknown
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