金属の腐食の原理

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金属の腐食の原理

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/05/29 13:40 UTC 版)

「腐食」の記事における「金属の腐食の原理」の解説

金属の腐食は酸化還元反応により表面の金属が電子を失ってイオン化し金属面から脱落して行くことで進行する。生じたイオンは酸素により酸化物、水酸化物あるいは炭酸塩（緑青の場合）となり表面に堆積することが多い。金属イオンが酸化物に置き換わってゆく過程で結晶構造や物性が著しく変化する場合は、金属が腐食すると形状ならびに強度が損なわれ錆として捉えられる。 金属表面の不安定さ 普通、金属表面は薄い（数十Å）酸化物で覆われている。これは生成したばかりの金属表面は隣接金属が存在しない面（つまり表面）を持ち、自由電子の非局在化によるエネルギー安定化の寄与がより少ないため、金属表面はエネルギー的に不安定化している。この不安定金属が速やかに大気中の酸素分子と反応するため、酸化物のバリアー層を形成し、むき出しの金属表面は自然な状態では存在しない。 表面に存在する酸化物バリアー層は、金属種類や環境、加工や異物付着などによって異なるので、表面の防腐食性も変わってくる。言い換えると、物理的あるいは化学的作用により酸化物バリアー層が損なわれやすいとバリアー層の剥離と表面の酸化は繰り返され、腐食面は金属内部に陥入することになる。 特に水分と微量の酸の存在は金属の腐食プロセスを加速させる。金属のイオン化傾向がH+よりも大きければ、金属表面は容易にイオン化するし、金属酸化物に水溶性があればそれによってもバリアー層は剥離される。 ピッティングコロージョン このように、バリアー層あるいはめっき面の点状の欠損から腐食が陥入する状態は孔食（点食、ピッティングコロージョン）と呼ばれる。ハロゲン化物イオン（主に塩化物イオン、Cl-）の存在はピッティングコロージョンの引き金になることが知られている。腐食によって生成された孔は、金属表面に電気的な非局在を起こし腐食を促進させる。 粒界腐食 600-800℃でステンレスを製造した場合、クロム炭化物の析出が起き、析出した分クロムが低い結晶粒界が生成される。このクロムが低い場所は腐食に弱く優先的に腐食が行われる。この現象を粒界腐食と呼ぶ。 異種金属接触腐食 また、金属腐食の中心に酸化還元反応があるので、異種金属が接触している部位はガルバニ電池を形成する為に腐食を加速する要因になる。この原因（電池の陽極反応）による腐食は異種金属接触腐食（ガルバニック腐食とも）と呼ばれる。 電食 電気回路から生じた迷走電流により生じる腐食。迷走電流腐食、干渉電流腐食ともいう。なお、コンクリート/土壌マクロセル腐食、異種金属接触腐食などの自然腐食を電食と呼称するのは誤用である。 なお、腐食傾向の判断に、電位-pH図が使われることがある。