Ⅳ环境强度-mekyoto-uacjp.DOC

Ⅴ　環境強度 テキスト「改訂機械材料学」P.160 環境強度とは 環境の影響下で見られる特徴的な破損と破壊現象 機械?構造物の大型化と高性能化 過酷な環境条件，荷重条件 使用期間の長期化 高強度材料の普及：環境による強度低下が著しい 1. 腐食と劣化 腐食：化学的反応，電気化学的反応により損耗すること 乾食：水分なし　主として高温下　ハロゲン化物，硫化物，酸化物の被膜が成長 湿食：水分あり　電解質を含む水溶液，大気中の水蒸気 高分子材料：分子鎖の分解，膨潤，溶解，クレイズ a. 乾食 金属表面：大気中では酸化膜に覆われている 高温下 薄い酸化膜 干渉色：Fe, Ni, Cu， Al, Crでは不働態化 厚い酸化膜（スケール）：はく離 1. 腐食と劣化 b. 湿食 (i)　金属腐食の電気化学的説明 　アノード（鉄板）Fe→Fe2++2e：anodic reaction 　アノード反応：eを失う反応 カソード（銅板）2H++2e→H2：cathodic reaction 　カソード反応：eを得る反応 イオン化傾向 貸(K)そうか(Ca)な(Na)、ま(Mg)あ(Al)当(Zn)て(Fe)に(Ni)すん(Sn)な(Pb)ひ(H)ど(Cu)す(Hg)ぎ(Ag)る借(Pt)金(Au)」 1. 腐食と劣化 アノード：アニオン(SO42-, Cl-, OH-)を引きつける カソード：カチオン(Cu2+, H+)を引きつける 電解液中の金属上には局部電池(local cell)が形成される 原因：材質の不均一，表面の汚れ，溶液の濃度の不均一，溶存酸素の不均一：局部的，時間的に変動する電位の高低 アノード：Fe→Fe2++2e カソード：溶液が中性の場合，溶存酸素が反応　 O2/2+2H++2e→H2O 　　　　　 溶液が酸性の場合，水素が発生　2H++2e→H2 電極電位 電極電位(electrode potential) 金属?イオン間の自由エネルギ変化に相当する電位差 標準電極電位：化学種の活量1のときの電位 水素電極電位（H2?2H++2e)を基準0Ｖ Fe2++2e?Fe：EH=-0.44V 電位?pH図 (ii)電位?pH図 腐食の傾向：電極電位とpHによって変化 腐食域(corrosion) 不働態域(passivity) 不変態域(immunity) 腐食傾向は腐食速度については何の情報も与えないので注意． 分極　(polarization) (iii)分極(polarization) 腐食速度≠電極電位 腐食して電流が流れると電位も変化する＝分極 Ea，Ec 電流が流れると(Ea-Ec)の電位差(＝反応の駆動力)が減少 Ec-Ea=iR 分極　(polarization) 自然放置下ではR≒0　 ∴A点に落ちつく 腐食電位Ecorr(corrosion potential) 腐食電流密度icorr 腐食速度 　G=icorrK/F 重要：アノード反応とカソード反応の電荷移動量は等しい． ∴一方の反応を抑制すれば腐食速度は減少する． 分極　(polarization) 分極の原因 活性化分極：活性化エネルギ 2H++2e→H2 濃度分極：電極表面と沖合いの濃度差 O2の拡散の遅れ 表面O2濃度=0のとき限界電流密度（最大） 抵抗分極：金属表面の被膜　オーム抵抗 c. 高分子の劣化 c. 高分子の劣化 高分子材料：化学薬品に対する良好な耐久性 引張り応力+酸，アルカリ，有機溶剤→劣化，クレイズ 材料内部へ拡散，膨潤，加水分解 金属材料と異なり，内部へ浸透する． d. 腐食の形態 d. 腐食の形態 (i)全面腐食 腐食量が多くても，強度に及ぼす影響は小 (ii)ガルバニック腐食 異種金属接触腐食 異種金属間の電位差が駆動力となり，卑金属腐食が加速，貴金属腐食が抑制される． ガルバニック列（≠標準電極電位）：与えられた環境における金属および合金の実測電位の順序 d. 腐食の形態 ガルバニック列（≠標準電極電位） 不働態膜（酸化膜）　　裸の金属 Al貴，Zn卑　　　　 Al卑，Zn貴 カソード面積/アノード面積の比が大のとき，腐食速度大（∵腐食反応はカソード支配） d. 腐食の形態 (iii)局部腐食(local corrosion): 部分的に腐食が進む現象 すき間腐食：すき間＝アノード，外部＝カソード 通気差電池：O2少ない＝アノード，O2多い＝カソード Cl-の濃縮 pHの低下 孔食：保護性のある酸化物で覆われた金属表面に生じる 感知しにくいので危険 孔食電位以上で生じる Cl-が進入してピット 粒界腐食 結晶粒界と粒内との間の局部電池 18-8ステンレス鋼，400?800℃に保持→鋭