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JP3853250B2 - Local corrosion sensor, local corrosion detection method and local corrosion detection apparatus using the local corrosion sensor - Google Patents
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JP3853250B2 - Local corrosion sensor, local corrosion detection method and local corrosion detection apparatus using the local corrosion sensor - Google Patents

Local corrosion sensor, local corrosion detection method and local corrosion detection apparatus using the local corrosion sensor Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐腐食性金属材料に発生する局部腐食を初期に感度よく検出する局部腐食センサ、及び同局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法並びに局部腐食検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
耐食性を有する金属や合金の腐食は、孔食と呼ばれる局部的な腐食が進行する形態を取る。すなわち、孔食は全面に一様に起こらず、局所的に進行するため、形状観察による局部腐食の評価には困難を伴う。
従来、金属の腐食をモニタするには、当該溶液中に被検体となる金属試料を浸漬し、その表面変化を顕微鏡で観察したり、あるいは、交流インピーダンス法と呼ばれる測定手段等によって測定、評価されていた。しかし、耐食性を有する金属や合金の場合、前述のように孔食と呼ばれる局部的な腐食が進行する形態を取り、孔食が全面に一様に起こらず、極めて局所的に進行し、しかもその進行速度は遅いため、形状観察による局部腐食の評価には困難が伴い、金属や合金の耐食性、溶液の金属や合金に対する腐食性を初期の段階で見つけ出すには限界があった。そして、これは交流インピーダンス法による測定手段においても例外ではなく、孔食の測定、評価には困難と、限界があった。
【0003】
孔食が生じる原因については、幾つかのモデルが提唱されている。その中の一つに、図11に示すようなモデルがある。すなわち、孔食は、ステンレス綱のような耐食性金属や合金の表面の不働態皮膜の不完全な部分に、極めて微小な孔が形成される腐食現象であり、進行していくに従いより深い孔が形成される。すなわち、この微小な孔の奥では、金属の酸化反応に必要な酸素が不足状態となり、図11に示すように、金属表面に不働態皮膜が形成されることがないので、
水溶液中に金属Mが溶出し腐食が進行する。このとき金属Mに生じる電子e-は、孔の周囲の金属表面の不働態皮膜に移動し、不働態皮膜表面での溶存酸素の還元反応に作用する。換言すると、孔の奥の金属面と孔の周囲の不働態皮膜との間に局部電池が形成されるため、孔の中の金属の溶解反応が進むことになる。
【0004】
上記のように一旦孔があくと、その孔の奥の部分には酸素が供給されないため不働態皮膜が形成されず、金属の溶解反応が進行する。これに対して金属の表面では溶存酸素の還元反応が進行する。
このとき電子は孔の奥の金属表面でのアノード反応によって発生し、孔の周囲の不働態被膜表面でのカソード反応領域に供給され、消費される。
この反応モデルは、次式で表すことができる。
2M → 2M++2e- (孔の中)
1/2O2+H2O+2e- → 2OH- (不働態皮膜表面)
【0005】
このように孔食は、他の腐食と異なり、孔の周囲の不働態皮膜表面は侵されず、孔の深部の金属面だけが侵され続けて腐食が深く進行し、このため発見が遅れ重大な事故につながるおそれがある、といわれている所以である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
以上から、金属や合金の孔食性を極力初期の段階で発見し、正確に評価することが極めて重要であり、したがって、時間をかけることなく、迅速に評価できる方法の実用化が望まれていた。本発明者等は、以上の事情に鑑み、上記課題を解決するために、鋭意研究した結果、耐食性を有する金属や合金が、溶液中で理想的な状態に不働態化する、すなわち金属の表面に酸化物が生成すると、電流がほとんど流れなくなる現象に注目した。
【0007】
一般に電極に流れる電流は、一様な電位の下では、電極の面積が大きいほど電流密度は小さくなり、反対に電極の面積が小さいほど電流密度は大きくなる面積依存性が見られる。
これに対して前掲図11に示すような孔食のモデルの場合も含め、いわゆる一般に微小電極と呼ばれる極めて局所的な狭い領域、極めて小さな面積の電極に電流が流れると、そこに際だった電流集中が起きることになる〔図1(b)〕。
このような微小電極と呼ばれる電流が集中するモデルにおいては、電流が集中するとエッジ効果や曲率効果による電流分布の変化によって局所的に電流密度が大きくなり、電流密度の面積依存性が成立しなくなる。
したがって、金属表面全面が不働態被膜に覆われ、電極面のほとんどに電流が流れなくなっている電極に局部的な腐食が進行して孔が生じると、あたかも微小電極の作用のように電流がその孔に集中して流れるようになる。したがってこのような場合には、電極の面積を変化させても、前述の電流密度の面積依存性は観測されない。
逆に均一な不働態被膜が生成して金属表面が不働態化している孔食部のない電極では、このような局所的な電流集中は起こらず、むしろ電極面積が小さくなることによってはじめて、電流集中が観測されることになる。
【0008】
そこで、面積の異なる複数の電極を対にし、組み合わせて電流を測定し、その電流集中の状況を観測することで、局部腐食の有無が観測でき、これにより孔食の有無を判別でき、上記課題を解決し得るとの知見を得、本発明は、この知見に基づいてなされたものである。すなわち、見かけの面積が異なる複数の電極を対にして、その電流集中の状況を観測することで、局部腐食センサとして利用できることを意味するとの知見を得、本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、以下の述べる手段を講ずることによって、局部腐食に対してもその進行の具合や範囲、そして局部腐食に対する健全性を評価し得ること、すなわち、腐食センサとしての機能を提供できることを見いだしたものである。その解決手段は、下記(1)ないし()に記載する技術的構成によるものである。
【0010】
被検材料とする金属材料における局部腐食検出方法において、被検材料とする金属材料と同一金属材料からなる面積が異なる複数個の電極を対にしてなる局部腐食センサを、その対の最も大きい電極と最も小さい電極の面積比1より大きく、かつその対の最も小さい電極の面積が1cm2以下になるように設定し、該局部腐食センサを腐食試験液に浸漬し、各電極を定電位に保持し、各電極の電流値の経時変化をプロットして電流−時間一次曲線をそれぞれ求め、次いでこのデータを処理して各電極に流れる電流値を各電極面積で除して電流密度を求め、この得られたデータをさらに処理して電流密度と電極面積の常用対数値の関係を求めてプロットし、その傾きからその電流密度の面積依存性の有無を知り、これによって局部腐食が生じているか否かを検出することを特徴とする、面積が異なる複数個の電極による局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。
(2)前記面積が異なる複数個の電極としての対が、少なくとも大小2個1組からなる局部腐食センサであることを特徴とする前記(1)項に記載の局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。
【0011】
被検材料とする金属材料に対して腐食作用を有する腐食試験液を使用することを特徴とする(1)または(2)項に記載する局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。
(4)前記腐食試験液が、リチウム塩を含む非水性溶液か、アジピン酸アンモニウム水溶液であることを特徴とする(1)ないし(3)のいずれか1項に記載する局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。
【0012】
)局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法において、被検材料とする金属材料と同一の金属材料からなる複数の異なる面積の電極を対として構成した局部腐食センサを、該金属材料に対して腐食作用を有する腐食試験液に浸漬し、各電極と対極との間に定電圧を印加保持したときの前記各電極に流れる電流を測定し、各電極面積、各電極に流れる電流値、その経時変化をコンピュータに入力してデータ処理し、電圧印加経過時間と電流密度との関係、及び電流密度と電極面積の常用対数値との関係をグラフとして表示させることを特徴とした、(1)〜(4)のいずれか1項に記載する局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面及び実施例に基づいて説明する。
図1は、微小電極による電流集中モデルを原理的、模式的に示すものである。
この図1において、(a)図は、試料極と対極(標準極)から成る一対の同面積の平行電極に、一定の電位が与えられ、両電極の全面にわたり電流が一様に流れている態様を表している。これに対して(b)図は、試料極を微小面積とした場合における過度の電流集中の態様を示したものである。図1(a)の場合には、両電極の面積が小さくなるとともに電極の電流密度が高まるが、図1(b)のように一方の電極を微小にすると、そこに過度の電流が集中して流れ、この際の電流密度は、図1(a)の場合に見られた電極面積に依存した通常の関係の電流密度に比し、極めて大きな値を示すことになる。
【0015】
図2は、孔食による電流集中モデルを原理的、模式的に示したものである。
すなわち、図2において(a)は、図1の(a)と同様の一対の同一面積の平行電極からなる電極モデルであり、両電極間には一定の電位が与えられている。 上記モデルにおいて、試料極はその全面に不働態皮膜が形成されており、したがって、試料極には検出可能な微小な電流が流れているだけである。しかし、この試料極の一部に不働態被膜が破れた部分が存在している場合、あるいは、すでに局部腐食が発生している場合には、観測される電流は、被膜破損部又は局部腐食部に集中する電流をも含んだものとなる。すなわち、この観測だけではそこに局部腐食による過度の電流集中に基づく電流を観測しているとは同定することができず、あくまでも、試料極には電位に応じた電流が均等に流れているものとして観測されているだけである。これはたとえ、電極面積を変えたとしても、同様であり、観測される電流は、与えられた試料極に一様に流れる電流として観測されるだけである。すなわち、試料極に局部腐食を含んでいるとか、局部腐食が発生したとかはこれだけでは判定、同定することができない。
【0016】
図2(a)は、如上のとおりの局部腐食モデルを表しているものである。このモデルにおける局部腐食部に流れる電流は、(b)に示す電流集中モデルによって示すことができ、この態様は図1(b)で述べた微小電極モデルをそのまま適用することができ、このモデルによって説明することができることを示しているものである。
【0017】
【実施例】
以下本発明を、具体的に実施例に基づいて説明する。ただし、これはあくまでも本発明を理解するための一助としてであって、決して本発明の限定する趣旨ではない。
【0018】
(試料極の調製)
以下で述べる実施例において使用する試料極は、腐蝕試験を行う試料金属と同じ材質のものを用い、以下の要領で作製した。
なお、以下に示す実施例においては、腐蝕試験を行う試料として、感受性のあるアルミニウム金属を採用し、これに基づいて行った。この試料極については、以下に開示する実施例においてはアルミニウム金属を用いたが、調査しようとする被検材料が例えばステンレス鋼である場合には、これと同じ材料のステンレス鋼を用いて実施するものでなければならないことはいうまでもないことである。
【0019】
まず、アルミPET(厚さ7μmのポリエチレンテレフタレート製シート上に厚さ0.1μmのアルミ箔が積層されたもの)を用意し、この上にフォトリソグラフィーにより、43.2mm2、6.0mm2、0.7mm2の面積の異なる3種類の四角形をパターニングし、これをリン酸+純水(1:1)から成る腐食溶液でエッチングしてアルミニウム金属表面を不働態化した。
次いでこのアルミ箔からなる試料に、銀ペーストにより銅線がリードとして取り付けられて電極を構成し、これをガラス板の上に載置し、さらに上記のパターニングした四角形のアルミ箔部分を除き、エポキシ樹脂により被覆して試料極を作成した。その態様は、図12に示されているとおりである。
【0020】
すなわち、図12には、ガラス板の上にアルミ箔が載置され、貼り付けられている構造が示されている。その構成は、試料極に相当する四角形にパターニングされた部分と、リード線を取り付ける端子部、及び試料極部分と端子部を結ぶ連結部とからなり、これらは全て1枚のアルミPETから一体として切り出されている。前記端子部には、電流を測定するためのリード線(銅線)が銀ペーストを介して取り付けられ、試料極部分を除き、端子部及び連結部のアルミ箔、リード線等は全てエポキシ樹脂によってシールされている。すなわち、試料極部分だけが外部に解放されている構造に設定され、これによって、腐食電流の測定を実施するのに必要な電気的接続等が、その場で簡単、かつ確実に確保され、測定作業がスムーズに実行できる。
【0021】
なお、この試料極の作製にあたり、再利用を可能とするセンサとするために、所定の断面積を持つ金属材料の組をしかるべきシール材に埋め込み、その表面を研磨してフレッシュな面を出すようにする態様なども、実用性のある有力な実施態様の一つである。この態様を具体的に図示すると、図13に示すような構造も考えられる。すなわち、所定の面積を有する、センサに相当する複数の電極棒が、シール材に埋め込まれている構造のものである。図13には、センサにあたる電極として大小2個一組よりなるものが示されているが、大中小の3個一組なるものも実施態様として含むものであることは言うまでもない。この構造にしたことにより、一々その都度センサを作製準備する必要はなく、ただ、その都度表面を研磨することにより、新しい被検試料金属がいつでも用意することができ、再利用を図れるだけでなく、設定された試料極は、常に一様な面積を確保でき、測定数値に変動がなく、測定の安定性、信頼性が担保される。
【0022】
図13に示すセンサは、図14に示すような配置関係によって、対極と平行に配置され、各測定電極に付設したリード線の端子を替えスイッチを介し電源に接続され、両極間に定電位が付加されて、電流値が求められる。また、各リードにそれぞれ個別にスイッチを設け、それらのスイッチの開閉によって、それぞれの試料極を選択使用する方式をとることでもよい。
【0023】
(腐食試験液の準備、測定条件)
次に腐食試験液として、〔1〕LiPF6/PC+DME 、〔2〕LiClO4/PC+DME 、〔3〕LiBF4/PC+DME 、〔4〕5.0wt%アジピン酸アンモニウム水溶液の都合4種類の組成の異なる電解液を用意し、これらの溶液に前記の3種類異なる面積にパターニングしたアルミ箔の試料極と、白金の対極とを浸漬し、両極間の電位を5.0Vに保持し、試料極の酸化皮膜に流れる漏れ電流を測定した。
この電流測定に際しては、採用する測定の態様、要領、そして測定手段等には特に制限はない。上記漏れ電流の測定のほかに、電位掃引、交流インピーダンス法、その他、種々の電圧印加法による電流測定手段によって実施しうることは言うまでもない。
【0024】
(実施例1);
上記アルミ箔の試料極と白金の対極を、LiPF6/PC+DMEからなる電解液〔1〕に浸漬して前示測定条件にて測定を行った。その結果、図3(電流密度−時間特性)を得た。図3は、大面積、中面積、小面積のアルミ箔試料極を電解液(LiPF6/PC+DME)中で定電位に保持したときにおける(電流−時間特性)を示しているものである。この図からも、測定開始直後の電流の流れに不安定さが見られるが、その後は各試料極の電流密度は、試料極の面積が大きいものほど小さく、逆に試料極の面積が小さいものほど大きくなっていることが分かる。すなわち、図3に示されている測定結果から、電流密度が電極面積に依存することが観測された。これを、電流密度と面積の常用対数との関係についてプロット作図した結果が、図4のとおりである。
【0025】
図4によると、電流密度は、電極面積が大きくなるにつれて、直線的に右下がりを呈していることがはっきりと示され、電流密度が試料極の面積に依存していることが分かる。また、この試料における電流密度と試料極の面積との関係については、時間的変化に基づく違いも観測されず、15分後、30分後とも、同様の傾向を示していた。そして、これらの傾向は、何れの場合も、電流密度が試料極の面積に依存する単調な勾配、すなわち、面積が小さいときには電流密度は大きく、面積が大きいときには電流密度は小さくなる直線的に右下がりの傾向を示していた。これからは局部腐食によって生じた孔(以下ピットと記す)に電流が集中するときの異常な傾向は認められなかった。したがって、この段階では、孔食が生じていないことを示していると特定することができた。すなわち、図3、4に示す測定結果は、ピットに生じる電流集中による異常電流はなく、孔食の発生を知らせる兆候は検出されず、健全な材料であることを示したものである。事実、デジタルハイスコープによる表面観察によっても、孔食は観察されなかった。以上から、これらの図3、図4に示されている曲線、直線からは、ピットに生じる電流集中による異常電流はなく、孔食の発生がなかったことを示していることが裏付けられた。
【0026】
前示図3の電流密度−時間特性は、図14に示す態様によって測定した。すなわち、ポテンショスタットにより一定の電圧を印加して試料極に流れる電流を経時的に読みとり、これから電流密度を求めてプロットした(ポテンショスタットは、北斗電工株式会社製造 HA151を使用した)。また、図4の電流密度と試料極の面積の常用対数との関係は、各面積の試料極の電流−電位特性から、最終電流密度を読み取り、試料極の面積の常用対数に対して電流密度をプロットしたものである。
なお、以下に示す実施例で用いる各図は、すべて本実施例に準じて、同様に測定し、プロットしたものである。
【0027】
(実施例2);
次に、大面積、中面積、小面積の3種のアルミ箔からなる試料極と白金の対極とをLiClO4/PC+DMEからなる電解液〔2〕に浸漬し、両極間を定電位に保持したときの試料極に流れる電流を測定した。その結果、図5(電流密度−時間特性)を得た。
図5によれば、孔食がない場合に観測される図3に示されたような電流密度の面積依存性は見られず、通常の説明では困難な異常な傾向を示していることが分かる。
また、図5に示す結果から、電流密度と試料極の面積の常用対数との関係を求めてプロットした結果、図6を得た。図6には、試料極の面積に大小の違いがあるにもかかわらず、電流密度はほぼ一定の値を示しており、実施例1の試料におけるような、すなわち、孔食がないときに観測される試料極の面積の大小に依存する勾配はなく、通常の説明では困難な異常な傾向を示していることが、より明確に検出されていることが理解される。
測定に供した試料を、デジタルハイスコープにて写真撮影し、金属の表面を観察した結果、腐食を示すピットが観察された(図7)。
【0028】
この結果から、前示図5、6に示す測定結果は、試料極に局部腐食が生じていることを示すものであることが検証された。すなわち、局部腐食によるピットが生じ、そこに通常の域を超えた異常な電流集中が起き、これによって測定した電流は、電極面積に依存する傾向を失い、崩れたことを示している。すなわち、孔食が生じていることを示していることが検出、検証されたものである。
【0029】
(実施例3);
電解液〔3〕(LiBF4/PC+DME)を使い、前述実施例1、2と同様、電流密度と試料極の面積の常用対数との関係を求める測定試験を行った。その結果、図8に示す結果が得られた。すなわち、実施例1と同様、電流密度は試料極の面積に依存した単調な右下がりの関係を示していた。その傾向は、15分後、30分後においての、径時的変化も認められなかった。すなわち、図8に示す測定結果は、孔食が発生したときに見られる、ピットへの電流の異常集中による面積依存性の崩壊は観測されず、孔食が検出されなかったことを意味しているものである。このことは、デジタルハイスコープによる表面観察からも、何ら腐食を示す兆候等も観察されなかった事実からも、その正しさが証明された。
【0030】
(実施例4);
次に試料極を、5.0wt%アジピン酸アンモニウム水溶液〔4〕 に浸漬し、電流密度−時間特性を求める測定実験を行った。
その結果は、図9に示すとおりである。
図9の測定結果によると、面積の一番大きな試料極と2番目に大きな試料極との間に、総じて面積依存性が崩れ、実験開始後の経過時間220秒付近からこの崩れ方は顕著となり、電流密度の面積依存性が完全に崩れ、この傾向は、電極面積の一番小さな電極の場合においても、同様の傾向を示している。
すなわち、この実施例4における試料極は、測定中に通常の面積依存性が崩れ、異常な電流集中が生じたものと推測され、孔食が発生したものと推測された。すなわち、孔食の発生により異常な電流集中が生じ、これによって電流密度の面積依存性が崩れたことを示したものであると予測された。この予測は、デジタルハイスコープによる表面観察の結果にも符合し、測定中に孔食によるピットが発生し、腐食が始まったことが確認された。
【0031】
(実施例5);
実施例4と同じ電解液〔4〕を使用し、3分後、5分後における電流密度と試料極の面積の常用対数との関係求める測定実験を行い、孔食の有無を検出、同定した。
その結果は、図10に示すとおりであった。
図10に示す電流密度と試料極の面積の常用対数との関係は、面積依存性を示しており、そこにはピットに電流が異常に集中する場合に検出される、面積依存性の崩壊は見られず、孔食の発生はなかったことを示している。事実、デジタルハイスコープによる表面観察の結果、腐食は観察されなかった。
【0032】
以上、本発明は、上記開示した実施例に示すとおり、非常に簡単な手段により、すなわち、被検試料と同じ材質で、異なる面積の電極を対とする非常に簡単な手段により、これを非常に短時間で済む要領により腐蝕試験を行い、被検試料の電流密度と電極面積との関係を特定し、これにより、腐食の有無について早期発見しうる腐食センサを提供しうるものである。特に発見の困難な孔食を検知しうる腐食センサを提供することができたものであることは、実施例からも明らかとなった。
【0033】
本発明は、以上の実施例からも明らかなように、被検試料と同じ材質のものを用いて実際に腐食させ、そこに流れる電流値から、電流密度を求め、これを少なくとも大小2個からなる試料極について実施し、面積の異なる各試料極について電流密度−時間特性、あるいは電流密度と試料極の面積の常用対数との関係を求め、これによって、電流密度の面積依存性を検出し、腐食の有無、その状態の程度を検出するものであり、極めて簡単な原理に基づくものであり、その検出手段を構成する機器類は、いたって入手容易なものによって構成され、従来提案されているこの種センサに比し、簡単であり、また正確に反応し、極めて早期に局部腐食を検出できる極めて優れたものである。加えて、これまでのものが、測定方法によほど習熟し、データ解析に精通していないと困難であったことからすると、本発明は、検出に要する時間も短時間ですみ、解析も簡単で、結果がすぐに得られる点でも優れている。
【0034】
上記測定及び孔食の有無の検出、同定をコンピュータを使用して自動的に行う装置として、図15に示す自動腐食センサが、発明の実施態様の一つとして考えられる。図15においては、異なる所定断面積を持つ複数の金属棒がしかるべきシール材に埋め込まれた図13に示すような構造の試料極が、腐食試験液に浸漬され、同腐食試験液に浸漬された対極との間に定電圧電源が接続され、1測定時間内、試料極と対極の間に一定の電圧が加えられるよう構成されている。また、また各試料極のリード端子にはスイッチが設けられ、コンピュータに予め記憶させた手順により当該スイッチを開閉して、測定する試料極を選択することができ、それぞれの試料極の電流値を単独に測定できる構造となっている。なお、前記スイッチは切替スイッチであってもよい。
試料極に流れる電流値は、電流電圧変換器によって電圧値に変換された後、A−D変換器によりデジタルデータに変換されてコンピュータに入力され記憶装置に記憶され、またコンピュータでデータ処理され、表示装置に電流密度−時間特性、又は電流密度と試料極の面積の常用対数との関係として表示される。
なお、試料極と対極との間に加えられる定電圧も、コンピュータに予め入力されたプログラムに基づいて順次変更し、さまざまな電圧での上記電流密度−時間特性、及び電流密度と試料極の面積の常用対数との関係を得ることができる。
【0035】
本発明の腐食センサの主要な利点は、以下の通りである。
1)本発明の腐食センサは、面積の異なる被検試料そのものを腐食試験液につけ、電流密度を計測するという簡単な原理に基づくものであり、被検試料と同じ材質を入手できれば簡単かつ安価に製作でき、何ら特殊な機器類は要しない。
しかも、腐食センサとして使用する被検試料は、実施例でも開示したように薄い箔状でよく、しかもほんの僅かな面積を必要としているだけである。
2)測定は、通常行われる曝露試験による判定法等に比し、極めて短時間で行え、孔食の有無の判定が短時間でできる。
3)センサとして使用する被検試料片(金属フィルム)は、調査しようとする構造物の材料、構造、履歴等を反映して組み合わせ、変更することができ、これによって、実際に即した測定、判定が可能となる。
4)測定に際しては、腐食試験液に浸漬する態様も含むため、腐食環境に基づいて行うので実際的であり、劣化の影響に対して一層敏感に評価することが可能であり、高い判定精度が期待できる。
5)本発明の腐食センサは、ピット腐食、クレビィス腐食、応力腐食、クラッキング腐食疲労、粒界腐食、等の局部的腐食の全てを感知し、予測可能である。
6)コンピュータを使用した自動腐食センサの導入により、表示装置に表示される電流密度−時間特性、及び電流密度と試料極の面積の常用対数との関係から、即座に局部腐食の有無が判定でき、より迅速な評定か可能になる。
【0036】
【発明の効果】
本発明は、金属の腐食、とりわけ発見しにくいといわれている孔食をも含めた局部腐食を検知しうる新規な腐食センサを提供するものであり、その解決手段とする構成は、極めて単純かつ簡単であり、しかも、極めて短時間で精度よく測定、検知、感知、判定しうる腐食センサを提供するものであり、その意義は、極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】微小電極による電流集中モデルを示す概要図。
【図2】孔食による電流集中モデルを示す概要図。
【図3】(LiPF6/PC+DME)中の5V保持時の電流密度−時間特性。
【図4】(LiPF6/PC+DME)中の5V保持におけるアルミ箔試料極の15分後、30分後の各電流密度と面積の常用対数との関係を示す概要図。
【図5】(LiClO4/PC+DME)中の5V保持時の電流密度−時間特性。
【図6】(LiClO4/PC+DME)中の5V保持におけるアルミ箔試料極の270秒後の電流密度と面積の常用対数との関係を示す概要図。
【図7】(1M LiClO4/PC+DME)中の5V保持におけるアルミ箔試料極表面の腐食状態を示す観測図(デジタルハイスコープ写真)。
【図8】(LiBF4/PC+DME)中の5V保持におけるアルミ箔試料極の15分後、30分後の各電流密度と面積の常用対数との関係を示す概要図。
【図9】アジピン酸アンモニウム水溶液中の5V保持時の電流密度−時間特性。
【図10】アジピン酸アンモニウム水溶液中の5V保持におけるアルミ箔試料極の3分後、5分後の各電流密度と面積の常用対数との関係を示す概要図。
【図11】孔食の発生を説明する原理的モデルの概要図。
【図12】センサの構造を示す概要図。
【図13】再使用可能なセンサ構造の概要図。
【図14】本発明によるセンサを使用する実施態様図。
【図15】コンピュータを使用した自動腐食センサの構成図。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a local corrosion sensor that detects with high sensitivity initial local corrosion occurring in a corrosion-resistant metal material, a local corrosion detection method using the local corrosion sensor, and a local corrosion detection apparatus.
[0002]
[Prior art]
Corrosion of metals and alloys having corrosion resistance takes a form in which local corrosion called pitting corrosion proceeds. In other words, pitting corrosion does not occur uniformly on the entire surface but proceeds locally, so that it is difficult to evaluate local corrosion by shape observation.
Conventionally, in order to monitor metal corrosion, a metal sample as a specimen is immersed in the solution, and the surface change is observed with a microscope or measured and evaluated by a measuring means called an AC impedance method. It was. However, in the case of metals and alloys having corrosion resistance, a form of local corrosion called pitting corrosion progresses as described above, and pitting corrosion does not occur uniformly on the entire surface, but progresses very locally. Since the progress speed is slow, it is difficult to evaluate local corrosion by shape observation, and there is a limit in finding the corrosion resistance of metals and alloys and the corrosiveness of solutions to metals and alloys at an early stage. And this is no exception in the measuring means by the alternating current impedance method, and there is a limit to the difficulty in measuring and evaluating pitting corrosion.
[0003]
Several models have been proposed for the cause of pitting corrosion. One of them is a model as shown in FIG. In other words, pitting corrosion is a corrosion phenomenon in which extremely fine holes are formed in imperfect parts of the passive film on the surface of corrosion-resistant metals and alloys such as stainless steel. It is formed. That is, in the depths of the minute holes, the oxygen necessary for the metal oxidation reaction becomes insufficient, and no passive film is formed on the metal surface, as shown in FIG.
Metal M elutes in the aqueous solution and corrosion proceeds. Electrons e generated in metal M at this time - Moves to the passive film on the metal surface around the pores and acts on the reduction reaction of dissolved oxygen on the surface of the passive film. In other words, a local battery is formed between the metal surface at the back of the hole and the passive film around the hole, so that the dissolution reaction of the metal in the hole proceeds.
[0004]
As described above, once a hole is formed, oxygen is not supplied to the inner part of the hole, so that a passive film is not formed and a metal dissolution reaction proceeds. In contrast, the reduction reaction of dissolved oxygen proceeds on the metal surface.
At this time, electrons are generated by an anodic reaction on the metal surface in the back of the hole, and are supplied to the cathode reaction region on the surface of the passive film around the hole and consumed.
This reaction model can be expressed by the following equation.
2M → 2M + + 2e - (In the hole)
1 / 2O 2 + H 2 O + 2e - → 2OH - (Passive film surface)
[0005]
Thus, unlike other corrosion, pitting corrosion does not attack the passive film surface around the hole, and only the metal surface deep in the hole continues to be attacked, causing the corrosion to progress deeply. It is said that there is a risk of serious accidents.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
From the above, it is extremely important to discover the pitting corrosion property of metals and alloys at the earliest possible stage and accurately evaluate them. Therefore, there is a demand for the practical use of a method that can quickly evaluate without taking time. . In light of the above circumstances, the present inventors have conducted extensive research to solve the above problems, and as a result, metals and alloys having corrosion resistance are passivated to an ideal state in a solution, that is, the surface of the metal. We focused on the phenomenon that almost no current flows when oxides are formed.
[0007]
In general, the current flowing through the electrode has an area dependency in which the current density decreases as the electrode area increases and the current density increases as the electrode area decreases.
In contrast to this, including the case of the pitting corrosion model as shown in FIG. 11 above, when a current flows through an electrode having a very small area, which is generally called a microelectrode, or an extremely small area, the current that is prominent there Concentration will occur [FIG. 1 (b)].
In such a model of current concentration, which is called a microelectrode, when the current is concentrated, the current density locally increases due to a change in the current distribution due to the edge effect or the curvature effect, and the area dependence of the current density is not established.
Therefore, when the entire metal surface is covered with a passive film, and the local corrosion progresses in the electrode where current does not flow on most of the electrode surface, a hole is formed, as if the current is acting like a microelectrode. It starts to flow in the hole. Therefore, in such a case, even if the area of the electrode is changed, the above-described area dependency of the current density is not observed.
On the other hand, in a non-pitting part electrode where a uniform passive film is formed and the metal surface is passivated, such local current concentration does not occur. Concentration will be observed.
[0008]
Therefore, by pairing multiple electrodes with different areas, measuring the current in combination, and observing the current concentration status, the presence or absence of local corrosion can be observed, so that the presence or absence of pitting corrosion can be determined. The present invention has been made based on this finding. That is, by finding a pair of electrodes having different apparent areas and observing the current concentration state, the knowledge that it can be used as a local corrosion sensor was obtained, and the present invention was made based on this knowledge. It is a thing.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention can evaluate the progress and extent of local corrosion and the soundness against local corrosion by taking the measures described below, that is, can provide a function as a corrosion sensor. It was something that was found. The solution is the following (1) to ( 5 ).
[0010]
( 1 ) Test material and In the local corrosion detection method in the metal material to be Test material Metal material Same metal material as A local corrosion sensor consisting of a plurality of electrodes having different areas, the largest electrode and the smallest electrode of the pair. When Area ratio The The area of the smallest electrode of the pair larger than 1 is 1 cm 2 To be below Setting The local corrosion sensor is immersed in a corrosion test solution, each electrode is held at a constant potential, and the current-time linear curve is obtained by plotting the change over time in the current value of each electrode, and then this data is processed. The current value flowing through each electrode is divided by the area of each electrode to obtain the current density, and the obtained data is further processed to obtain the relationship between the current density and the common logarithm of the electrode area, plotted, and from the slope Know whether the current density is area-dependent, and whether this is causing local corrosion Inspect A method for detecting localized corrosion using a localized corrosion sensor comprising a plurality of electrodes having different areas.
(2) The local corrosion using the local corrosion sensor according to (1) above, wherein the pair as a plurality of electrodes having different areas is a local corrosion sensor consisting of at least two pairs of large and small. Detection method.
[0011]
( 3 ) Test material A local corrosion detection method using the local corrosion sensor described in the item (1) or (2), wherein a corrosion test solution having a corrosive action on the metal material is used.
(4) The local corrosion sensor according to any one of (1) to (3), wherein the corrosion test solution is a non-aqueous solution containing a lithium salt or an aqueous solution of ammonium adipate. Local corrosion detection method.
[0012]
( 5 ) In local corrosion detection method using local corrosion sensor, Test material Metal material Same metal material as When a local corrosion sensor composed of a plurality of electrodes having different areas consisting of the above is immersed in a corrosion test solution having a corrosive action on the metal material, and a constant voltage is applied and held between each electrode and the counter electrode The current flowing through each electrode is measured, each electrode area, the current value flowing through each electrode, and the change over time are input to a computer for data processing, the relationship between the voltage application elapsed time and the current density, and the current density The local corrosion detection method using the local corrosion sensor described in any one of (1) to (4), wherein the relationship between the electrode area and the common logarithmic value is displayed as a graph.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and examples.
FIG. 1 shows in principle and schematic a current concentration model using microelectrodes.
In FIG. 1, (a) shows that a constant potential is applied to a pair of parallel electrodes of the same area consisting of a sample electrode and a counter electrode (standard electrode), and a current flows uniformly over the entire surface of both electrodes. Represents an embodiment. On the other hand, (b) shows the state of excessive current concentration when the sample electrode has a very small area. Indicated Is. In the case of FIG. 1 (a), the area of both electrodes is reduced and the current density of the electrodes is increased. However, if one electrode is made minute as shown in FIG. 1 (b), excessive current is concentrated there. The current density at this time shows a very large value as compared with the current density of the normal relationship depending on the electrode area seen in the case of FIG.
[0015]
FIG. 2 shows a principle and model of a current concentration model by pitting corrosion.
That is, FIG. 2A is an electrode model composed of a pair of parallel electrodes having the same area as in FIG. 1A, and a constant potential is applied between both electrodes. In the above model, the sample electrode has a passive film formed on the entire surface thereof, and therefore only a small detectable current flows through the sample electrode. However, if there is a part of the sample electrode where the passive film has been torn, or if local corrosion has already occurred, the current observed will be the damaged part of the film or the local corrosion part. It also includes the current concentrated in the. In other words, this observation alone cannot identify that the current based on the excessive current concentration due to local corrosion is observed, and the current corresponding to the potential flows evenly in the sample electrode. It is only observed as. This is the same even if the electrode area is changed, and the observed current is only observed as a current that uniformly flows through a given sample electrode. That is, it is impossible to determine and identify whether the sample electrode includes local corrosion or local corrosion has occurred.
[0016]
Figure 2 (a) As It represents a local corrosion model. The current flowing through the local corrosion portion in this model can be shown by the current concentration model shown in (b), and this mode can be applied as it is to the microelectrode model described in FIG. This indicates that it can be explained.
[0017]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, this is merely an aid for understanding the present invention, and is not intended to limit the present invention.
[0018]
(Preparation of sample electrode)
The sample electrode used in the examples described below was made of the same material as the sample metal subjected to the corrosion test, and was produced in the following manner.
In the examples shown below, a sensitive aluminum metal was used as a sample for the corrosion test, and the test was performed based on this. For this sample electrode, aluminum metal was used in the examples disclosed below. However, when the material to be investigated is stainless steel, for example, the same material stainless steel is used. It goes without saying that it must be a thing.
[0019]
First, aluminum PET (a 7 μm thick polyethylene terephthalate sheet laminated with a 0.1 μm thick aluminum foil) was prepared, and 43.2 mm was formed thereon by photolithography. 2 , 6.0mm 2 0.7mm 2 Three types of squares having different areas were patterned and etched with a corrosive solution composed of phosphoric acid + pure water (1: 1) to passivate the aluminum metal surface.
Next, a copper wire is attached as a lead to a sample made of this aluminum foil to form an electrode, which is placed on a glass plate, and the above-described patterned square aluminum foil portion is removed, and an epoxy is formed. A sample electrode was prepared by coating with resin. The mode is as shown in FIG.
[0020]
That is, FIG. 12 shows a structure in which an aluminum foil is placed on and pasted on a glass plate. The structure consists of a part patterned into a square corresponding to the sample electrode, a terminal part to which a lead wire is attached, and a connecting part connecting the sample electrode part and the terminal part, all of which are integrally formed from one piece of aluminum PET. It has been cut out. Lead wires (copper wires) for measuring current are attached to the terminal portions via silver paste, and the aluminum foil and lead wires of the terminal portions and the connecting portions are all made of epoxy resin, except for the sample electrode portions. It is sealed. In other words, the structure is such that only the sample electrode part is open to the outside, and this makes it possible to easily and reliably ensure the electrical connections, etc. necessary to carry out the corrosion current measurement on the spot. Work can be performed smoothly.
[0021]
In order to obtain a sensor that can be reused in the preparation of the sample electrode, a set of metal materials having a predetermined cross-sectional area is embedded in an appropriate sealing material, and the surface is polished to give a fresh surface. The mode of doing so is also one of the effective and practical embodiments. If this embodiment is specifically illustrated, a structure as shown in FIG. 13 is also conceivable. That is, it has a structure in which a plurality of electrode bars corresponding to sensors having a predetermined area are embedded in a sealing material. FIG. 13 shows a pair of large and small electrodes as the sensor, but it goes without saying that a pair of large, medium, and small is also included as an embodiment. With this structure, it is not necessary to prepare a sensor each time. However, by polishing the surface each time, a new sample metal can be prepared at any time and not only can be reused. The set sample electrode can always ensure a uniform area, there is no change in the measured numerical value, and the stability and reliability of the measurement are ensured.
[0022]
The sensor shown in FIG. 13 is arranged in parallel with the counter electrode according to the arrangement relationship shown in FIG. 14, the lead wire terminal attached to each measurement electrode is connected to a power source through a switch, and a constant potential is applied between both electrodes. In addition, the current value is obtained. Alternatively, a switch may be provided for each lead, and each sample electrode may be selectively used by opening and closing those switches.
[0023]
(Preparation of corrosion test solution, measurement conditions)
Next, [1] LiPF as a corrosion test solution 6 / PC + DME, [2] LiClO Four / PC + DME, [3] LiBF Four / PC + DME, [4] Four different electrolyte compositions of the 5.0 wt% ammonium adipate aqueous solution are prepared, and the aluminum foil sample electrode patterned in the above three different areas in these solutions, and platinum The counter electrode was immersed, the potential between both electrodes was maintained at 5.0 V, and the leakage current flowing through the oxide film of the sample electrode was measured.
In this current measurement, there are no particular limitations on the measurement mode, procedure, measurement means, and the like employed. Needless to say, in addition to the measurement of the leakage current, it can be carried out by a current sweeping means using a potential sweep, an AC impedance method, and other various voltage application methods.
[0024]
(Example 1);
The sample electrode of the aluminum foil and the counter electrode of platinum are LiPF. 6 The sample was immersed in an electrolytic solution [1] composed of / PC + DME and measured under the above-described measurement conditions. As a result, FIG. 3 (current density-time characteristics) was obtained. FIG. 3 shows an aluminum foil sample electrode having a large area, a medium area, and a small area as an electrolyte (LiPF). 6 / PC + DME) (current-time characteristics) when held at a constant potential. This figure also shows that the current flow immediately after the start of measurement is unstable. Seen Thereafter, it can be seen that the current density of each sample electrode decreases as the area of the sample electrode increases, and conversely increases as the area of the sample electrode decreases. That is, it was observed from the measurement results shown in FIG. 3 that the current density depends on the electrode area. The result of plotting this with respect to the relationship between the current density and the common logarithm of the area is as shown in FIG.
[0025]
According to FIG. 4, it is clearly shown that the current density linearly decreases to the right as the electrode area increases, and it can be seen that the current density depends on the area of the sample electrode. In addition, regarding the relationship between the current density and the area of the sample electrode in this sample, no difference based on the temporal change was observed, and the same tendency was shown after 15 minutes and after 30 minutes. In any case, these trends are a monotonic gradient in which the current density depends on the area of the sample electrode, that is, the current density is large when the area is small, and the current density is linearly small when the area is large. It showed a downward trend. From now on, no abnormal tendency was observed when the current concentrated in the holes (hereinafter referred to as pits) caused by local corrosion. Therefore, at this stage, it was possible to identify that pitting corrosion did not occur. That is, the measurement results shown in FIGS. 3 and 4 show that there is no abnormal current due to the current concentration generated in the pits, and no signs of occurrence of pitting corrosion are detected, indicating that the material is sound. In fact, no pitting corrosion was observed by surface observation with a digital high scope. From the above, it was confirmed that the curves and straight lines shown in FIG. 3 and FIG. 4 showed no abnormal current due to current concentration occurring in the pits, indicating that no pitting corrosion occurred.
[0026]
The current density-time characteristic shown in FIG. 3 was measured according to the embodiment shown in FIG. That is, a constant voltage was applied by a potentiostat, the current flowing through the sample electrode was read over time, and the current density was obtained and plotted from this (potentiostat used HA151 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). Further, the relationship between the current density in FIG. 4 and the common logarithm of the area of the sample electrode is obtained by reading the final current density from the current-potential characteristics of the sample electrode of each area, and the current density with respect to the common logarithm of the area of the sample electrode. Are plotted.
In addition, each figure used in the Example shown below is measured and plotted similarly according to this Example.
[0027]
(Example 2);
Next, a sample electrode made of three types of aluminum foils having a large area, a medium area, and a small area and a counter electrode of platinum were combined with LiClO. Four The sample was immersed in an electrolytic solution [2] made of / PC + DME, and the current flowing through the sample electrode when the distance between both electrodes was held at a constant potential was measured. As a result, FIG. 5 (current density-time characteristics) was obtained.
According to FIG. 5, the area dependence of the current density as shown in FIG. 3 observed when there is no pitting corrosion is not seen, and it can be seen that the abnormal tendency which is difficult in normal explanation is shown. .
Moreover, as a result of obtaining and plotting the relationship between the current density and the common logarithm of the area of the sample electrode from the results shown in FIG. 5, FIG. 6 was obtained. In FIG. 6, the current density shows a substantially constant value regardless of the size of the area of the sample electrode, and is observed as in the sample of Example 1, that is, when there is no pitting corrosion. It is understood that there is no gradient depending on the size of the area of the sample electrode to be detected, and that it is detected more clearly that it shows an abnormal tendency that is difficult to perform by ordinary explanation.
The sample used for the measurement was photographed with a digital high scope, and as a result of observing the metal surface, pits showing corrosion were observed (FIG. 7).
[0028]
From this result, it was verified that the measurement results shown in FIGS. 5 and 6 indicate that local corrosion has occurred in the sample electrode. That is, pits are generated due to local corrosion, and abnormal current concentration exceeding the normal range occurs there, and the current measured thereby loses its tendency to depend on the electrode area, indicating that it has collapsed. That is, it has been detected and verified that pitting corrosion has occurred.
[0029]
(Example 3);
Electrolyte [3] (LiBF Four / PC + DME), a measurement test was performed to determine the relationship between the current density and the common logarithm of the area of the sample electrode as in Examples 1 and 2. As a result, the result shown in FIG. 8 was obtained. That is, as in Example 1, the current density showed a monotonous right-down relationship depending on the area of the sample electrode. As for the tendency, no temporal change was observed after 15 minutes and 30 minutes. That is, the measurement results shown in FIG. 8 indicate that the pitting corrosion was not detected because the area-dependent collapse caused by the abnormal concentration of current in the pits was observed when pitting corrosion occurred. It is what. This was proved to be correct from the observation of the surface with a digital high scope and the fact that no signs of corrosion were observed.
[0030]
(Example 4);
Next, the sample electrode was immersed in a 5.0 wt% ammonium adipate aqueous solution [4], and a measurement experiment for determining current density-time characteristics was performed.
The result is as shown in FIG.
According to the measurement results of FIG. 9, the area dependence generally collapses between the sample electrode with the largest area and the second largest sample electrode, and this collapse becomes noticeable from about 220 seconds after the start of the experiment. The area dependence of the current density completely collapses, and this tendency is similar to the case of the electrode having the smallest electrode area.
That is, in the sample electrode in Example 4, it was presumed that the normal area dependence was lost during the measurement and abnormal current concentration was caused, and that pitting corrosion occurred. In other words, it was predicted that abnormal current concentration occurred due to the occurrence of pitting corrosion, and that the area dependence of the current density collapsed. This prediction also coincided with the results of surface observation with a digital high scope, and it was confirmed that pits due to pitting occurred during the measurement and corrosion started.
[0031]
(Example 5);
Using the same electrolyte [4] as in Example 4, a measurement experiment was conducted to determine the relationship between the current density and the common logarithm of the area of the sample electrode after 3 minutes, and the presence or absence of pitting corrosion was detected and identified. .
The result was as shown in FIG.
The relationship between the current density and the common logarithm of the area of the sample electrode shown in FIG. 10 shows area dependence, and the area dependence collapse detected when the current is abnormally concentrated in the pits is shown there. It was not seen, indicating that no pitting corrosion occurred. In fact, no corrosion was observed as a result of surface observation with a digital high scope.
[0032]
As described above, according to the present invention, as shown in the above-mentioned disclosed embodiments, this is achieved by a very simple means, that is, by a very simple means of pairing electrodes having the same material and different areas as the test sample. Thus, a corrosion test can be performed in a short time, and the relationship between the current density of the sample to be tested and the electrode area can be specified, thereby providing a corrosion sensor capable of early detection of the presence or absence of corrosion. It was also clarified from the Examples that a corrosion sensor capable of detecting pitting corrosion that is particularly difficult to find could be provided.
[0033]
As is clear from the above embodiments, the present invention is actually corroded using the same material as that of the test sample, and the current density is obtained from the current value flowing therethrough. For each sample electrode having a different area, the current density-time characteristic, or the relationship between the current density and the common logarithm of the area of the sample electrode is obtained, thereby detecting the area dependence of the current density, It detects the presence or absence of corrosion and the degree of its state, and is based on a very simple principle. The equipment that constitutes the detection means is composed of readily available items and has been proposed in the past. Compared to this type of sensor, it is simpler, reacts more accurately, and is extremely excellent at detecting local corrosion very early. In addition, since the previous ones were not very familiar with the measurement method and were not familiar with data analysis, the present invention requires only a short time for detection and is easy to analyze. It is also excellent in that the result can be obtained immediately.
[0034]
An automatic corrosion sensor shown in FIG. 15 is considered as one embodiment of the invention as an apparatus that automatically performs the above-described measurement and detection / identification of pitting corrosion using a computer. In FIG. 15, a sample electrode having a structure as shown in FIG. 13 in which a plurality of metal rods having different predetermined cross-sectional areas are embedded in an appropriate sealing material is immersed in the corrosion test solution and immersed in the corrosion test solution. A constant voltage power source is connected between the counter electrode and the counter electrode, and a constant voltage is applied between the sample electrode and the counter electrode within one measurement time. In addition, a switch is provided on the lead terminal of each sample electrode, and the sample electrode to be measured can be selected by opening and closing the switch according to a procedure stored in advance in the computer, and the current value of each sample electrode can be selected. It has a structure that can be measured independently. The switch may be a changeover switch.
The current value flowing through the sample electrode is converted into a voltage value by a current-voltage converter, then converted into digital data by an A-D converter, input to a computer, stored in a storage device, and data processed by the computer, Displayed on the display device as current density-time characteristics, or the relationship between the current density and the common logarithm of the area of the sample electrode.
The constant voltage applied between the sample electrode and the counter electrode is also sequentially changed based on a program input in advance to the computer, and the current density-time characteristics at various voltages and the current density and the area of the sample electrode. The relationship with the common logarithm of can be obtained.
[0035]
The main advantages of the corrosion sensor of the present invention are as follows.
1) The corrosion sensor of the present invention is based on the simple principle that a test sample itself having a different area is put in a corrosion test solution and the current density is measured. If the same material as the test sample can be obtained, it is simple and inexpensive. It can be manufactured and no special equipment is required.
Moreover, the test sample used as the corrosion sensor may be a thin foil as disclosed in the examples, and only a very small area is required.
2) The measurement can be performed in a very short time compared to a determination method by a commonly performed exposure test, and the presence or absence of pitting corrosion can be determined in a short time.
3) The test specimen (metal film) used as a sensor can be combined and changed to reflect the material, structure, history, etc. of the structure to be investigated. Judgment is possible.
4) Since the measurement includes an aspect of immersing in a corrosion test solution, it is practical because it is performed based on the corrosive environment, and it is possible to evaluate more sensitively to the influence of deterioration, and high determination accuracy. I can expect.
5) The corrosion sensor of the present invention can detect and predict all local corrosions such as pit corrosion, clevis corrosion, stress corrosion, cracking corrosion fatigue, and intergranular corrosion.
6) By introducing an automatic corrosion sensor using a computer, the presence or absence of local corrosion can be immediately determined from the current density-time characteristics displayed on the display device and the relationship between the current density and the common logarithm of the area of the sample electrode. Enables a more rapid rating.
[0036]
【The invention's effect】
The present invention provides a new corrosion sensor capable of detecting local corrosion including metal corrosion, particularly pitting corrosion, which is said to be difficult to detect. The present invention provides a corrosion sensor that is simple and can accurately measure, detect, sense, and determine in a very short time, and its significance is extremely great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a current concentration model using microelectrodes.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a current concentration model due to pitting corrosion.
FIG. 3 (LiPF 6 / PC + DME) Current density vs. time characteristics at 5V holding.
FIG. 4 (LiPF 6 / PC + DME) The outline figure which shows the relationship between each current density and the common logarithm of an area 15 minutes after and 30 minutes after the aluminum foil sample electrode in 5V holding | maintenance.
FIG. 5 (LiClO Four / PC + DME) Current density vs. time characteristics at 5V holding.
FIG. 6 (LiClO Four / PC + DME) Schematic diagram showing the relationship between the current density after 270 seconds and the common logarithm of the area of the aluminum foil sample electrode at 5V holding.
FIG. 7 (1M LiClO Four / PC + DME) Observation diagram showing the corrosion state of the aluminum foil sample electrode surface at 5V (digital high-scope photograph).
FIG. 8 (LiBF Four / PC + DME) The outline figure which shows the relationship between each current density and the common logarithm of an area 15 minutes after and 30 minutes after the aluminum foil sample electrode in 5V holding | maintenance.
FIG. 9 shows current density-time characteristics at 5 V holding in an aqueous solution of ammonium adipate.
FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship between each current density and the common logarithm of area after 3 minutes and 5 minutes after the aluminum foil sample electrode is held at 5 V in an ammonium adipate aqueous solution.
FIG. 11 is a schematic diagram of a principle model for explaining the occurrence of pitting corrosion.
FIG. 12 is a schematic diagram showing the structure of a sensor.
FIG. 13 is a schematic diagram of a reusable sensor structure.
FIG. 14 shows an embodiment using a sensor according to the invention.
FIG. 15 is a configuration diagram of an automatic corrosion sensor using a computer.

Claims (5)

被検材料とする金属材料における局部腐食検出方法において、被検材料とする金属材料と同一金属材料からなる面積が異なる複数個の電極を対にしてなる局部腐食センサを、その対の最も大きい電極と最も小さい電極の面積比1より大きく、かつその対の最も小さい電極の面積が1cm2以下になるように設定し、該局部腐食センサを腐食試験液に浸漬し、各電極を定電位に保持し、各電極の電流値の経時変化をプロットして電流−時間一次曲線をそれぞれ求め、次いでこのデータを処理して各電極に流れる電流値を各電極面積で除して電流密度を求め、この得られたデータをさらに処理して電流密度と電極面積の常用対数値の関係を求めてプロットし、その傾きからその電流密度の面積依存性の有無を知り、これによって局部腐食が生じているか否かを検出することを特徴とする、面積が異なる複数個の電極による局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。 In the method for detecting local corrosion of a metal material as a test material , a local corrosion sensor comprising a pair of electrodes made of the same metal material as the metal material as the test material is paired with the largest electrode of the pair. If greater than 1 area ratio of the smallest electrode, and set such that the area of the smallest electrode of the pair is 1 cm 2 or less, and immersing the該局corrosion sensor corrosion test solution, each electrode constant potential And plot the time-dependent change in the current value of each electrode to obtain a current-time linear curve, and then process this data to obtain the current density by dividing the current value flowing through each electrode by the area of each electrode. The obtained data is further processed to obtain the relationship between the current density and the common logarithm of the electrode area and plotted, and the slope indicates the presence or absence of the area dependence of the current density, which causes local corrosion. Characterized in that it detects whether it is, the local corrosion detection method using the local corrosion sensor according to a plurality of electrodes different areas. 前記面積が異なる複数個の電極としての対が、少なくとも大小2個1組からなる局部腐食センサであることを特徴とする、請求項1に記載の局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。2. The local corrosion detection method using the local corrosion sensor according to claim 1, wherein the pair as a plurality of electrodes having different areas is a local corrosion sensor including at least two pairs of large and small. 被検材料とする金属材料に対して腐食作用を有する腐食試験液を使用することを特徴とする、請求項1または2に記載する局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。 The local corrosion detection method using the local corrosion sensor according to claim 1, wherein a corrosion test solution having a corrosive action on a metal material as a test material is used. 前記腐食試験液が、リチウム塩を含む非水性溶液か、アジピン酸アンモニウム水溶液であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載する局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。The local corrosion detection method using the local corrosion sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the corrosion test solution is a non-aqueous solution containing a lithium salt or an ammonium adipate aqueous solution. 局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法において、被検材料とする金属材料と同一金属材料からなる複数の異なる面積の電極を対として構成した局部腐食センサを、該金属材料に対して腐食作用を有する腐食試験液に浸漬し、各電極と対極との間に定電圧を印加保持したときの前記各電極に流れる電流を測定し、各電極面積、各電極に流れる電流値、その経時変化をコンピュータに入力してデータ処理し、電圧印加経過時間と電流密度との関係、及び電流密度と電極面積の常用対数値との関係をグラフとして表示させることを特徴とした、請求項1〜4のいずれか1項に記載する局部腐食センサを用いた局部腐食検出方法。In local corrosion detection method using the localized corrosion sensor, the local corrosion sensor configured as a counter electrode of a plurality of different areas made of a metal material of the same metal material with a test material, the corrosive action on the metallic material Measure the current flowing through each electrode when a constant voltage is applied and held between each electrode and the counter electrode, and measure the electrode area, the current value flowing through each electrode, and its change over time. 5. The data processing is performed by inputting the data into the graph, and the relationship between the voltage application elapsed time and the current density and the relationship between the current density and the common logarithm of the electrode area are displayed as a graph. A local corrosion detection method using the local corrosion sensor described in item 1.
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