(57)【要約】【課題】金属に付着した液膜厚さ及び電気伝導率を測定できる腐食環境測定装置を提供する。【解決手段】腐食環境測定装置は、第１電極２と、第２電極３と、第３電極４と、第４電極５と、を備える。第２電極３は、第１電極２に対し隙間を空けて配置され、第１電極２と電気的に接続される。第４電極５は、第３電極４に対し第１電極２と第２電極３との隙間の距離よりも長い距離の隙間を空けて配置され、第３電極４と電気的に接続される。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極に対し隙間を空けて配置され、前記第１電極と電気的に接続された第２電極と、
第３電極と、
前記第３電極に対し前記第１電極と前記第２電極との隙間の距離よりも長い距離の隙間を空けて配置され、前記第３電極と電気的に接続された第４電極と、を備える、腐食環境測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の腐食環境測定装置であってさらに、
前記第１電極及び前記第２電極と接続された第１交流電源と、
前記第３電極及び前記第４電極と接続された第２交流電源と、を備える、腐食環境測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の腐食環境測定装置であって、
前記第１電極と前記第２電極との隙間の距離Ｌ１と、前記第３電極と前記第４電極との隙間の距離Ｌ２との比Ｌ１／Ｌ２は、０．０１以上、０．１以下である、腐食環境測定装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の腐食環境測定装置を用いて液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法であって、
液膜厚さ及び電気伝導率が既知の試験液膜を用いて、前記第１電極及び前記第２電極で測定したインピーダンスと前記第３電極及び前記第４電極で測定したインピーダンスとの比と、前記試験液膜の液膜厚さとの関係を示すマスターデータを作成するマスターデータ作成工程と、
液膜厚さ及び電気伝導率が未知の液膜を用いて、前記第１電極及び前記第２電極でインピーダンスを測定し、前記第３電極及び前記第４電極でインピーダンスを測定するインピーダンス測定工程と、
前記インピーダンス測定工程で得られた、前記第１電極及び前記第２電極で測定したインピーダンスと前記第３電極及び前記第４電極で測定したインピーダンスとの比と、前記マスターデータとに基づいて前記液膜の液膜厚さを算出する液膜厚さ算出工程と、
前記液膜厚さ算出工程で得られた液膜厚さ及び前記インピーダンス測定工程で得られたインピーダンスから前記液膜の電気伝導率を算出する電気伝導率算出工程と、を備える、液膜厚さ及び電気伝導率の測定方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の腐食環境測定装置を用いて液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法であって、
液膜厚さ及び電気伝導率が既知の試験液膜を用いて、没水環境での前記第１電極及び前記第２電極からの交流電流の通る断面積を求める断面積算出工程と、
液膜厚さ及び電気伝導率が未知の液膜を用いて、前記第１電極及び前記第２電極でインピーダンスを測定し、前記第３電極及び前記第４電極でインピーダンスを測定するインピーダンス測定工程と、
前記インピーダンス測定工程で得られた前記第１電極及び前記第２電極で測定したインピーダンスと、前記断面積算出工程で得られた前記交流電流の通る断面積とに基づいて前記液膜の電気伝導率を算出する電気伝導率算出工程と、
前記電気伝導率算出工程で得られた電気伝導率と、前記インピーダンス測定工程で得られた前記第３電極及び前記第４電極で測定したインピーダンスとに基づいて前記液膜の液膜厚さを算出する液膜厚さ算出工程と、を備える、液膜厚さ及び電気伝導率の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食環境測定装置、並びにそれを用いた液膜厚さ及び電気伝導率の測定方法に関する。さらに詳しくは、液膜厚さ及び電気伝導率を測定することで、腐食環境を測定する装置及びその測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属は、様々な機械製品、構造部品等に使用される。金属は大気にさらされると、腐食することが知られている（以下、大気腐食ともいう）。金属が腐食すると金属の強度等の様々な機械特性が劣化する。金属の機械特性が劣化すると製品等の性能も劣化する。ここで、金属の腐食速度は、金属表面に付着した液膜内の塩分量、液膜厚さ等の影響を受けることが知られている。したがって、金属の腐食環境を把握することは重要である。
【０００３】
腐食環境を把握する方法として、電気化学インピーダンス法が知られている。電気化学インピーダンス法は、腐食環境を求める金属からなる２つの電極を用いる。２つの電極で電解質を挟み、電極間に交流電圧を印加し、電極間の周波数応答を得る。そして、種々の周波数の交流電圧について周波数応答を得る。このようにして得られた周波数特性からインピーダンス（抵抗）を求める。このインピーダンスから、液膜の電気伝導率が算出される。液膜の電気伝導率は、液膜内の塩分量に換算される。また、液膜の電気伝導率が既知であれば、インピーダンスから、液膜厚さが算出される。
【０００４】
液膜内の塩分量の測定装置はたとえば、実開昭６２−０８８９５２号公報（特許文献１）に開示されている。液膜厚さの測定装置はたとえば、非特許文献１に開示されている。
【０００５】
特許文献１に記載された測定装置は、２つの電極間に結露を吸収して拡散させる吸湿材を備える。これにより、２つの電極間の絶縁板上に付着した結露粒子の大きさが均一となり、正確な塩分量を測定できる、と特許文献１には記載されている。
【０００６】
非特許文献１に記載された測定装置では、２つの電極からなる電極対をプローブ等の表面に格子状に数多く、高密度に配置する。これにより、少ない導線の本数で、水膜厚さの分布を計測できる、と非特許文献１には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６２−０８８９５２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】新井崇洋、古谷正裕、金井大造著「高密度多点電極法による液膜厚さ計測技術の開発、電力中央研究所報告Ｌ０９００８」財団法人電力中央研究所発行、平成２２年６月、Ｐ．２−１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の測定装置では液膜内の塩分量は測定できても、液膜厚さは測定できない。また、非特許文献１のＰ．５、３．２節に記載のとおり、非特許文献１の測定装置では組成が予め判明している液膜を用いて液膜厚さを測定している。要するに、特許文献１及び非特許文献１の測定装置では、装置単体では、塩分量及び液膜厚さのいずれか一方しか得られない。また、大気腐食では、金属に付着した液膜の組成は不明であることがほとんどである。そのため、非特許文献１の測定装置を用いて、大気腐食環境に曝された金属の液膜厚さ、塩分量を把握することは難しい。
【００１０】
本発明の目的は、金属に付着した液膜厚さ及び塩分量を測定できる腐食環境測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本実施形態の腐食環境測定装置は、第１電極と、第２電極と、第３電極と、第４電極と、を備える。第２電極は、第１電極に対し隙間を空けて配置され、第１電極と電気的に接続される。第４電極は、第３電極に対し第１電極と第２電極との隙間の距離よりも長い距離の隙間を空けて配置され、第３電極と電気的に接続される。
【００１２】
本実施形態の液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法は、上記の腐食環境測定装置を用いて液膜厚さ及び電気伝導率を測定する。本実施形態の液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法は、マスターデータ作成工程と、インピーダンス測定工程と、液膜厚さ算出工程と、電気伝導率算出工程と、を含む。マスターデータ作成工程では、液膜厚さ及び電気伝導率が既知の試験液膜を用いて、第１電極及び第２電極で測定したインピーダンスと第３電極及び第４電極で測定したインピーダンスとの比と、試験液膜の液膜厚さとの関係を示すマスターデータを作成する。インピーダンス測定工程では、液膜厚さ及び電気伝導率が未知の液膜を用いて、第１電極及び第２電極でインピーダンスを測定し、第３電極及び第４電極でインピーダンスを測定する。液膜厚さ算出工程では、インピーダンス測定工程で得られた、第１電極及び第２電極で測定したインピーダンスと第３電極及び第４電極で測定したインピーダンスとの比と、マスターデータとに基づいて液膜の液膜厚さを算出する。電気伝導率算出工程では、液膜厚さ算出工程で得られた液膜厚さ及びインピーダンス測定工程で得られたインピーダンスから液膜の電気伝導率を算出する。
【００１３】
本実施形態の液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法は、上記の腐食環境測定装置を用いて液膜厚さ及び電気伝導率を測定する。本実施形態の液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法は、断面積算出工程と、インピーダンス測定工程と、電気伝導率算出工程と、液膜厚さ算出工程と、を含む。断面積算出工程では、液膜厚さ及び電気伝導率が既知の試験液膜を用いて、没水環境での第１電極及び第２電極からの交流電流の通る断面積を求める。インピーダンス測定工程では、液膜厚さ及び電気伝導率が未知の液膜を用いて、第１電極及び第２電極でインピーダンスを測定し、第３電極及び第４電極でインピーダンスを測定する。電気伝導率算出工程では、インピーダンス測定工程で得られた第１電極及び第２電極で測定したインピーダンスと、断面積算出工程で得られた交流電流の通る断面積とに基づいて液膜の電気伝導率を算出する。液膜厚さ算出工程では、電気伝導率算出工程で得られた電気伝導率と、インピーダンス測定工程で得られた第３電極及び第４電極で測定したインピーダンスとに基づいて液膜の液膜厚さを算出する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による腐食環境測定装置は、金属に付着した液膜厚さ及び塩分量を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、電気化学インピーダンス法を説明する模式図である。
【図２】図２は、図１の測定における等価回路を示す図である。
【図３】図３は、没水環境を示す図である。
【図４】図４は、薄膜環境を示す図である。
【図５】図５は、電流密度と電極表面からの距離との関係を示す図である。
【図６】図６は、電極間距離が１．０ｍｍの場合の等電位図である。
【図７】図７は、電極間距離が０．０１ｍｍの場合の等電位図である。
【図８】図８は、電極間距離が短い場合及び長い場合の液膜を通る交流電流を示す図である。
【図９】図９は、本実施形態の腐食環境測定装置を示す図である。
【図１０】図１０は、腐食環境測定装置の測定面の平面図である。
【図１１】図１１は、試験液膜のインピーダンスと電気伝導率との積と、試験液膜の液膜厚さとの関係を示す図である。
【図１２】図１２は、試験液膜のマスターデータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１７】
［電気化学インピーダンス法］
初めに、電気化学インピーダンス法について説明する。電気化学インピーダンス法は、交流電源に接続された２つの電極を用いて、２つの電極間のインピーダンスを測定する方法である。測定されたインピーダンスに基づいて、腐食速度に影響を及ぼす液膜厚さ又は塩分量が算出される。
【００１８】
図１は、電気化学インピーダンス法を説明する模式図である。図１を参照して、２つの電極１００、１０１はそれぞれ、交流電源１０２に接続される。この２つの電極は、腐食速度（腐食環境）を測定する対象となる金属からなる。２つの電極１００、１０１は並んで配列される。２つの電極１００、１０１の端面は、プローブの測定面１０７から表出する。大気腐食が進行するときは、２つの電極１００、１０１の端面上に薄い液膜１０４が存在する。
【００１９】
図２は、図１の測定における等価回路を示す図である。図２では、一方の電極１００について説明するが、もう一方の電極１０１についても同様である。図２を参照して、液膜１０４は、溶液抵抗ＲＳを有する。特に、液膜１０４の厚さが薄い場合、溶液抵抗ＲＳが測定結果に与える影響は大きい。液膜１０４と電極１００との境界は、腐食反応抵抗ＲＰ及びコンデンサＣの並列回路として置き換えることができる。
【００２０】
交流電源の周波数が無限大（高周波）の場合、交流電流は全てコンデンサＣを通る。したがって、高周波の場合、交流電流は溶液抵抗ＲＳのみを抵抗（インピーダンス）として受ける。交流電源の周波数が０（低周波）の場合、交流電流はすべて腐食反応抵抗ＲＰを通る。したがって、低周波の場合、交流電流は溶液抵抗ＲＳ及び腐食反応抵抗ＲＰをインピーダンスとして受ける。この測定されたインピーダンスのうち、高周波によって得られたインピーダンスによって液膜厚さ、電気伝導率（塩分量）が求められる。
【００２１】
次に、高周波によって得られたインピーダンスにより液膜厚さ、電気伝導率（塩分量）を求める方法を説明する。
【００２２】
図３は、没水環境を示す図である。図３を参照して、没水環境とは、液膜１０４の厚さ方向において、交流電流１２が流れない領域Ｐがあることを意味する。簡単に言えば、没水環境とは液膜の厚さが十分に厚いことを意味する。２つの電極１００、１０１に交流電圧を印加すれば、一方の電極１００から液膜１０４内を通って他方の電極１０１に流れる交流電流１２が生じる。交流電流１２は、電流の性質上、２つの電極１００、１０１に近い液膜１０４の領域を通りやすい。したがって、液膜１０４の厚さ方向において電極から離れるにつれて交流電流１２の値は小さくなる（減少する）。そして、液膜１０４の厚さ方向において電極から一定の距離以上離れた領域Ｐには、交流電流１２は実質的に通らない。すなわち、液膜１０４の厚さが一定以上であれば、交流電流１２が通る領域は、液膜１０４の厚さに依存しない。
【００２３】
ここで、高周波によって得られたインピーダンスＺは、オームの法則より以下の式（１）を満たすことが知られている。
Ｚ＝（１／σ）・（Ｌ／Ａ）      （１）
ここで、σは液膜の電気伝導率、Ａは交流電流が通る液膜の領域の断面積、Ｌは２つの電極間の距離を表す。
【００２４】
２つの電極間の距離Ｌは、容易に把握できるため説明を省略する。インピーダンスＺは、電気化学インピーダンス法により求められる。没水環境においては、液膜の厚さが一定以上であれば、断面積Ａは液膜厚さに無関係である。したがって、予め所定の電極形状及び電極間距離における、交流電流が通る断面積Ａを把握しておけば、液膜の厚さが不明であっても、没水環境における液膜の電気伝導率σを求めることができる。なお、交流電流が通る断面積Ａは液膜の種類に依存しないため、適当な液膜を用いた予備試験で把握することが可能である。
【００２５】
図４は、薄膜環境を示す図である。図４を参照して、薄膜環境とは、液膜１０４の厚さ方向全域にわたり、交流電流１２が流れることを意味する。すなわち、薄膜環境では、液膜１０４の厚さが十分に薄く、液膜１０４の厚さ方向において電極から離れた領域では、交流電流１２が液膜１０４の境界に沿って流れる。したがって、薄膜環境では、交流電流１２が通る領域の断面積Ａの一辺の長さ（深さ方向での最長辺）は液膜厚さと等しくなる。上述した式（１）に基づけば、液膜の電気伝導率σが求まれば、断面積Ａが求められる。換言すれば、液膜の電気伝導率σが求まれば、薄膜環境における液膜厚さが求められる。そこで、本発明者らは、薄膜環境において、液膜の電気伝導率を求めることを検討した。
【００２６】
その結果、本発明者らは、電極間の距離Ｌを小さくすれば、交流電流が通る断面積Ａも小さくなることを見出した。この点について図面を用いて説明する。
【００２７】
本発明者らは、２つの電極間の距離と交流電流が流れる断面積との関係を数値計算により調査した。数値計算では、電極間の距離が１．０ｍｍ、０．０１ｍｍの２パターンについて計算し、それぞれの電極間距離において、電流密度分布を調べた。
【００２８】
計算モデルについて説明する。計算モデルとして、交流電源に接続され、水溶液（液膜）に接触させた２つの電極を想定した。水溶液中は、電気的中性条件とし、上記式（１）のオームの法則が成立することを想定した。２つの電極は鋼材を想定した。２つの電極と水溶液との界面は電気的に短絡したと想定した。すなわち、２つの電極に高周波の交流電圧を印加したと想定した。さらに、電流密度分布は電極縦方向（電極の配列方向と直交する方向）に均一と想定した（２次元計算）。
【００２９】
計算条件について説明する。２つの電極の寸法は同じであった。電極の水溶液と接する面の寸法は、縦１０ｍｍ、横０．５ｍｍであった。２つの電極間の距離は１．０ｍｍ、０．０１ｍｍの２パターンについて計算した。水溶液（液膜）の厚さは、０．１ｍｍであった。
【００３０】
計算結果について説明する。
【００３１】
図５は、電流密度と電極表面からの距離との関係を示す図である。図５中、実線は電極間距離が１．０ｍｍの計算結果を示し、破線は電極間距離が０．０１ｍｍの計算結果を示す。なお、図５では、電流密度は、電流密度の最大値で規格化して示す。また、電極表面からの距離は、液膜の深さ方向の距離を意味する。図５を参照して、電極間距離が１．０ｍｍの場合（実線）、電極表面からの距離が大きくなっても、電流密度はほとんど変化しなかった。すなわち、液膜の厚さ方向全域にわたり、交流電流が流れ、薄膜環境であることが分かる。より具体的に説明する。
【００３２】
電極間の距離が１．０ｍｍの場合、電極縦方向単位長さあたりのインピーダンスは１０．９（ｃｍ／Ｓ）であった。上記式（１）を用いて単位長さあたりの断面積を算出すると、０．０９２ｍｍである。単位長さあたりの断面積は、実質的に電流が流れる厚さを示す。電流が流れる厚さは水溶液（液膜）の厚さとほぼ等しく、薄膜環境であった。この点についてさらに、電流密度の等位線を調べた。
【００３３】
図６は、電極間距離が１．０ｍｍの場合の等電位図である。図６を参照して、電極１００、１０１間の距離が１．０ｍｍの場合、交流電流は液膜１０４の厚さ方向全域にわたって流れ、確かに、薄膜環境であった。
【００３４】
図５を参照して、電極間距離が０．０１ｍｍの場合（破線）、電極表面からの距離が大きくなるにつれ、電流密度が小さくなった（減少した）。すなわち、液膜の厚さ方向において、交流電流が実質的に流れない領域があり、没水環境であることが分かる。より具体的に説明する。
【００３５】
電極間の距離が０．０１ｍｍの場合、電極縦方向単位長さあたりのインピーダンスは０．８１（ｃｍ／Ｓ）であった。上記式（１）を用いて単位長さあたりの断面積を算出すると、０．０１２ｍｍである。電流が流れる厚さは水溶液（液膜）の厚さに比べ十分に小さく、没水環境である。この点についてさらに、電流密度の等位線を調べた。
【００３６】
図７は、電極間距離が０．０１ｍｍの場合の等電位図である。図７を参照して、電極１００、１０１間の距離が０．０１ｍｍの場合、交流電流は液膜１０４の厚さ方向において電極から一定以上離れた領域では、実質的に交流電流が流れず、確かに、没水環境であった。
【００３７】
以上より、電極間距離が短い場合と長い場合とで、交流電流の通る領域は次のように相違する。
【００３８】
図８は、電極間距離が短い場合及び長い場合の液膜を通る交流電流を示す図である。図８を参照して、２つの電極間の距離Ｌを小さくすれば（図８中の左図）、電極間の距離Ｌが大きい場合（図８中の右図）と比べて交流電流１２が通る断面積Ａが小さくなる。したがって、液膜１０４の厚さが十分薄いにも関わらず、電極間の距離Ｌが一定以上小さくなれば、液膜１０４の厚さ方向において電極から離れた領域では、交流電流１２が液膜１０４の境界に沿って流れない。すなわち、液膜１０４の厚さが十分薄いにも関わらず、没水環境と同じ状況となる。上述したように、没水環境であれば、液膜厚さを求めることができる。したがって、液膜の厚さが薄くても、電極間の距離Ｌを小さくすることで、液膜厚さを求めることができる。
【００３９】
要するに、液膜の厚さが同じであっても、交流電流が流れる領域が没水環境であるか、薄膜環境であるかは、２つの電極間の距離に依存する。したがって、本発明者らは、腐食環境測定装置において、２つの電極対を設け、一方の電極対を没水環境、他方の電極対を薄膜環境とすれば、電気伝導率（塩分量）及び液膜厚さの双方を求められることを見出した。すなわち、本発明者らは、２つの電極対のうち、一方の電極対の電極間距離を短くして没水環境とし、他方の電極対の電極間距離を長くして薄膜環境とすれば、電気伝導率及び液膜厚さの双方を求められることを見出した。
【００４０】
ところで、一方の電極対を没水環境とし、他方の電極対を薄膜環境とするには、液膜の厚さによっては一方の電極対の電極間距離を極端に短くし、他方の電極対の電極間距離を極端に長くしなければならない場合がある。しかしながら、電極間距離を極端に短くするには腐食環境測定装置の製作に時間やコストがかかり、電極間距離を極端に長くするには腐食環境測定装置の大型化が避けられない。
【００４１】
たとえば、極めて厚さの薄い液膜が測定対象であったとする。このような極薄の液膜に電極間距離が特段長くもなく、短くもない電極対を接触させれば、没水環境でもなく、薄膜環境でもない、これらの中間の状態となる（以下、「遷移領域」と言う）。本願発明者らは上述の知見を元に、２つの電極対のうち一方又は双方の電極対が遷移領域である場合にも電気伝導率及び液膜厚さを求める方法について検討した。
【００４２】
電気化学インピーダンス法による液膜のインピーダンス測定では、交流電流が流れる断面積Ａは、電気伝導率によらず、液膜厚さ及び電極形状によって決まる。電極形状を固定として考えれば、交流電流が流れる断面積Ａは液膜厚さＤの関数として考えられる。この関数は、上述したように交流電流が流れる断面積Ａは、没水環境であれば液膜厚さＤに依存せず、薄膜環境であれば液膜厚さＤに比例するという制限が付く。この制限を考慮して断面積Ａを液膜厚さＤの関数として数式化すると、次の式（２）で表すことができる。
Ａ∝Ｄα  （０≦α≦１）      （２）
ここで、αは没水環境、薄膜環境又は遷移領域を表すパラメータである。
【００４３】
式（２）についてより詳しく説明すると、式（２）にα＝０を代入すればＡ∝１となり、断面積Ａが液膜厚さＤに依存しない没水環境であることが表され、α＝１を代入すればＡ∝Ｄとなり、断面積Ａが液膜厚さＤに比例する薄膜環境であることが表されることが分かる。すなわち、α＝０が没水環境を表し、α＝１が薄膜環境を表し、０＜α＜１が遷移領域を表す。
【００４４】
この式（２）を上述の式（１）に代入すると、次の式（３）が導かれる。
Ｚ∝（１／σ）・Ｄ-α      （３）
【００４５】
ここで、電極間距離の異なる２つの電極対それぞれでインピーダンスを測定すると、各電極対で測定されるインピーダンスは異なる。これを利用して、２つの電極対それぞれで測定されるインピーダンスの比をとると次の式（４）が導かれる。
Ｚ１／Ｚ２  ∝  Ｄα2-α1      （４）
ここで、Ｚ１は一方の電極対のインピーダンスであり、Ｚ２は他方の電極対のインピーダンスであり、α１は一方の電極対のパラメータαであり、α２は他方の電極対のパラメータαである。
【００４６】
式（４）を見ると、２つの電極対のインピーダンスの比は、液膜厚さＤ及びパラメータαのみの関数となっており、電気伝導率に依存しないことが分かる。また、式（４）ではα２−α１≠０であることが前提となるが、電極間距離が異なる２つの電極対であれば必然的にα２−α１≠０となる。そうすると、予め各電極対のインピーダンスの比Ｚ１／Ｚ２と、液膜厚さＤとの関係を把握しておけば、液膜厚さＤが未知の液膜についてのＺ１／Ｚ２と、予め把握してあるインピーダンスの比と液膜厚さとの関係から、液膜厚さＤを求めることができる。すなわち、２つの電極対のうちの一方又は双方の電極対が遷移領域であっても液膜厚さ及び電気伝導率を求めることができる。
【００４７】
以上の知見に基づき見出された本実施形態の腐食環境測定装置は、第１電極と、第２電極と、第３電極と、第４電極と、を備える。第２電極は、第１電極に対し隙間を空けて配置され、第１電極と電気的に接続される。第４電極は、第３電極に対し第１電極と第２電極との隙間の距離よりも長い距離の隙間を空けて配置され、第３電極と電気的に接続される。
【００４８】
本実施形態の腐食環境測定装置によれば、１つの電極対（第１電極及び第２電極）の電極間の距離は、もう１つの電極対（第３電極及び第４電極）の電極間の距離と異なる。したがって、２つの電極対を同じ液膜に接触させれば、１つの電極対では没水環境でインピーダンスを測定し、もう１つの電極対では薄膜環境でインピーダンスを測定することが可能となる。これにより、没水環境の１つの電極対のインピーダンスから液膜の電気伝導率を求めることができる。この電気伝導率と薄膜環境でのインピーダンスに基づけば、薄膜環境での液膜厚さを求めることができる。したがって、本実施形態の腐食環境測定装置によれば、電気伝導率及び液膜厚さが不明である液膜の電気伝導率（塩分量）及び液膜厚さの双方を求めることができる。
【００４９】
各電極対間のインピーダンスは、電気化学インピーダンス法により測定される。したがって、上記の腐食環境測定装置は、第１電極及び第２電極と接続された第１交流電源と、第３電極及び第４電極と接続された第２交流電源と、を備えるのが好ましい。
【００５０】
上記の腐食環境測定装置において、第１電極と第２電極との隙間の距離Ｌ１と、第３電極と第４電極との隙間の距離Ｌ２との比Ｌ１／Ｌ２は、０．０１以上、０．１以下である、のが好ましい。なお、本実施形態の腐食環境測定装置では、第１電極と第２電極との隙間の距離Ｌ１は、測定対象の液膜厚さより広く、第３電極と第４電極との隙間の距離Ｌ２は、測定対象の液膜厚さより狭いことを前提としている。
【００５１】
上述した数値計算により、比Ｌ１／Ｌ２が０．１であれば、電気伝導率及び液膜厚さを求めることができた。電極間の距離が小さくなればなるほど、没水環境に近づくため、上述した数値計算においても、距離が小さい方の電極間の距離をさらに小さくしても、測定は可能である。したがって、比Ｌ１／Ｌ２の上限は０．１であるのが好ましい。一方、電極間の距離が近すぎれば、腐食環境測定装置の製造が難しくなるため、比Ｌ１／Ｌ２の下限は０．０１であるのが好ましい。
【００５２】
なお、電極間の距離が小さくなればなるほど、没水環境に近づくため、上述した数値計算においても、距離が小さい方の電極間の距離をさらに小さくしても、測定は可能である。
【００５３】
本実施形態の液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法は、上述の腐食環境測定装置を用いて次の（１）又は（２）の方法を採用できる。
【００５４】
（１）本実施形態の液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法は、マスターデータ作成工程と、インピーダンス測定工程と、液膜厚さ算出工程と、電気伝導率算出工程と、を含む。マスターデータ作成工程では、液膜厚さ及び電気伝導率が既知の試験液膜を用いて、第１電極及び第２電極で測定したインピーダンスと第３電極及び第４電極で測定したインピーダンスとの比と、試験液膜の液膜厚さとの関係を示すマスターデータを作成する。インピーダンス測定工程では、液膜厚さ及び電気伝導率が未知の液膜を用いて、第１電極及び第２電極でインピーダンスを測定し、第３電極及び第４電極でインピーダンスを測定する。液膜厚さ算出工程では、インピーダンス測定工程で得られた、第１電極及び第２電極で測定したインピーダンスと第３電極及び第４電極で測定したインピーダンスとの比と、マスターデータとに基づいて液膜の液膜厚さを算出する。電気伝導率算出工程では、液膜厚さ算出工程で得られた液膜厚さ及びインピーダンス測定工程で得られたインピーダンスから液膜の電気伝導率を算出する。
【００５５】
（２）本実施形態の液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法は、断面積算出工程と、インピーダンス測定工程と、電気伝導率算出工程と、液膜厚さ算出工程と、を含む。断面積算出工程では、液膜厚さ及び電気伝導率が既知の試験液膜を用いて、没水環境での第１電極及び第２電極からの交流電流の通る断面積を求める。インピーダンス測定工程では、液膜厚さ及び電気伝導率が未知の液膜を用いて、第１電極及び第２電極でインピーダンスを測定し、第３電極及び第４電極でインピーダンスを測定する。電気伝導率算出工程では、インピーダンス測定工程で得られた第１電極及び第２電極で測定したインピーダンスと、断面積算出工程で得られた交流電流の通る断面積とに基づいて液膜の電気伝導率を算出する。液膜厚さ算出工程では、電気伝導率算出工程で得られた電気伝導率と、インピーダンス測定工程で得られた第３電極及び第４電極で測定したインピーダンスとに基づいて液膜の液膜厚さを算出する。
【００５６】
［腐食環境測定装置］
以下、本実施形態の腐食環境測定装置について詳述する。
【００５７】
図９は、本実施形態の腐食環境測定装置を示す図である。図９を参照して、腐食環境測定装置１は、第１電極２と、第２電極３と、第３電極４と、第４電極５と、を備える。
【００５８】
［第１電極］
第１電極２は、腐食環境を測定する対象となる金属からなる。第１電極２の形状は、直方体である。第１電極２の１つの端面６は、プローブ７の測定面８から表出している。すなわち、第１電極２の一部分が、測定面８から表出している。なお、「表出する」とは、第１電極２の１つの端面６が測定面８と同一平面に存在する場合と、第１電極２の１つの端面６が測定面８から突出する場合との双方を含む。本実施形態の腐食環境測定装置１では、第１電極２、第２電極３、第３電極４、及び第４電極５の形状は同一である。第１電極２、第２電極３、第３電極４、及び第４電極５は、同じ金属からなる。したがって、第２電極３、第３電極４、及び第４電極５の形状については、省略する。
【００５９】
［第２電極］
図１０は、腐食環境測定装置の測定面の平面図である。図１０を参照して、第２電極３は、第１電極２に対し隙間の距離Ｌ１を空けて配置される。第２電極３は、第１電極２に対し平行に配置される。第２電極３は、第１電極２と電気的に接続される。すなわち、第２電極３は、第１電極２と１つの電極対を構成する。したがって、第１電極２と第２電極３との間に交流電源を付加することにより、第１電極２と第２電極３との間のインピーダンスが測定される。
【００６０】
図９を参照して、第２電極３は導線により第１交流電源９に接続されている。第１電極２も導線により第１交流電源９に接続されている。これにより、第２電極３は第１電極２と電気的に接続される。
【００６１】
第２電極３と第１電極２との接続方法は、特に限定されない。たとえば、第２電極３は測定面８上で第１電極２と導電部材によって電気的に接続されていてもよい。導電部材はたとえば、鋼、アルミ、銅等である。また、第２電極３及び第１電極２の一部は、プローブ７内部に埋め込まれている。第２電極３はプローブ７の内部で第１電極２と導線等によって電気的に接続されていてもよい。
【００６２】
［第３電極］
第３電極４は、第１電極２及び第２電極３とは電気的に独立している。したがって、第３電極４は第１電極２及び第２電極３とは隙間を空けて配置される。
【００６３】
［第４電極］
図１０を参照して、第４電極５は、第３電極４に対し隙間の距離Ｌ２を空けて配置される。隙間の距離Ｌ２は、第１電極２と第２電極３との隙間の距離Ｌ１の距離よりも長い。第４電極５は、第３電極４に対し平行に配置される。第４電極５は、第３電極４と電気的に接続される。すなわち、第４電極５は、第３電極４と１つの電極対を構成する。したがって、第３電極４と第４電極５との間に交流電源を付加することにより、第３電極４と第４電極５との間のインピーダンスが測定される。
【００６４】
図９を参照して、第４電極５は導線により第２交流電源１０に接続されている。第３電極４も導線により第２交流電源１０に接続されている。これにより、第４電極５は第３電極４と電気的に接続される。
【００６５】
第４電極５と第３電極４との接続方法は、特に限定されない。たとえば、第４電極５は測定面８上で第３電極４と上述した導電部材によって電気的に接続されていてもよい。また、第４電極５及び第３電極４の一部は、プローブ７内部に埋め込まれている。第４電極５はプローブ７の内部で第３電極４と導線等によって電気的に接続されていてもよい。第３電極４及び第４電極５は、第１電極２及び第２電極３の配列方向と平行に配置される。
【００６６】
要するに、本実施形態の腐食環境測定装置は、２つの電極対を備える。１つの電極対の電極間の距離は、もう１つの電極対の電極間の距離と異なる。したがって、２つの電極対を同じ液膜に接触させれば、１つの電極対では没水環境でインピーダンスを測定し、もう１つの電極対では薄膜環境でインピーダンスを測定することが可能となる。上述したように、没水環境でのインピーダンスから液膜の電気伝導率を求めることができる。この電気伝導率（塩分量）と薄膜環境でのインピーダンスとを用いて、薄膜環境での液膜厚さを求めることができる。したがって、本実施形態の腐食環境測定装置によれば、電気伝導率及び液膜厚さが不明である液膜の電気伝導率（塩分量）及び液膜厚さの双方を求めることができる。
【００６７】
［液膜厚さ及び電気伝導率の測定方法］
続いて、本実施形態の腐食環境測定装置を用いて液膜厚さ及び電気伝導率を測定する方法（以下、測定方法という。）について説明する。
【００６８】
［第１実施形態］
初めに、第１実施形態の測定方法について説明する。第１実施形態の測定方法は、腐食環境測定装置の２つの電極対のうち一方又は双方の電極対が遷移領域である場合にも電気伝導率及び液膜厚さを測定する方法である。なお、第１実施形態の測定方法は、腐食環境測定装置の２つの電極対のうち一方が没水環境、他方が薄膜環境である場合でも適用できる。
【００６９】
第１実施形態の測定方法は、マスターデータ作成工程と、インピーダンス測定工程と、液膜厚さ算出工程と、電気伝導率算出工程と、を含む。
【００７０】
［マスターデータ作成工程］
マスターデータ作成工程では、腐食環境測定装置の２つの電極対の特性（インピーダンスと液膜厚さとの関係）を示すマスターデータを作成する。このマスターデータを用いて後述する液膜厚さ算出工程で液膜の液膜厚さを算出する。以下、具体的にマスターデータ作成工程を説明する。
【００７１】
まず、マスターデータ作成工程では、試験液膜を準備する。試験液膜は、液膜厚さ及び電気伝導率が既知の液膜である。試験液膜の液膜厚さ及び電気伝導率は周知の方法で測定すればよい。次に、準備した試験液膜に第１電極２及び第２電極３を接触させ、インピーダンスを測定する。これにより、試験液膜についての液膜厚さと、電気伝導率と、第１電極２及び第２電極３についてのインピーダンスとの関係が求められる。
【００７２】
ここで、上述した式（１）を参照して、第１電極２と第２電極３との隙間の距離Ｌは定数であり、交流電流が通る断面積Ａは試験液膜の厚さが既知であるため定数となる。したがって、第１電極２及び第２電極３についてのインピーダンスＺは、試験液膜の電気伝導率σと反比例する。換言すれば、第１電極２及び第２電極３についてのインピーダンスＺと、試験液膜の電気伝導率σとの積は、定数となる。このインピーダンスＺと電気伝導率σとの積を、種々の試験液膜の液膜厚さ（すなわち断面積Ａ）について求める。この工程を第３電極４及び第４電極５についても行う。
【００７３】
図１１は、試験液膜のインピーダンスと電気伝導率との積と、試験液膜の液膜厚さとの関係を示す図である。図１１中の実線は電極間距離が０．１ｍｍ（第１電極及び第２電極）の結果を示し、破線は電極間距離が１ｍｍ（第３電極及び第４電極）の結果を示す。種々の試験液膜の液膜厚さについて各電極対のインピーダンスＺと電気伝導率σとの積を求めることで、図１１に示すように各電極対についてのインピーダンスＺと電気伝導率σとの積と、液膜厚さとの関係が求められる。
【００７４】
続いて、第１電極及び第２電極についてのインピーダンスＺ１と電気伝導率σとの積と、第３電極及び第４電極についてのインピーダンスＺ２と電気伝導率σとの積との比を計算する。第１電極及び第２電極、第３電極及び第４電極共に同じ試験液膜のインピーダンスを測定するため、電気伝導率σは両者の結果において同じである。そうすると、第１電極及び第２電極についてのインピーダンスＺ１と電気伝導率σとの積と、第３電極及び第４電極についてのインピーダンスＺ２と電気伝導率σとの積との比は、インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２との比に相当する。このインピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２との比を、試験液膜の液膜厚さ毎に算出することで、インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２との比Ｚ１／Ｚ２と、液膜厚さとの関係が得られる。これがマスターデータとなる。
【００７５】
図１２は、試験液膜のマスターデータを示す図である。図１２中のグラフ曲線を見ると、液膜厚さ０．００１ｍｍ近傍ではグラフ曲線に傾きが無く、液膜厚さに依らずインピーダンスの比Ｚ１／Ｚ２が一定であることが分かる。これは液膜厚さ０．００１ｍｍの場合、２つの電極対が双方とも薄膜環境、すなわち上述の式（４）においてα１＝α２＝１となっているためである。同様に、液膜厚さ１０ｍｍ近傍ではグラフ曲線に傾きが無く、液膜厚さに依らずインピーダンスの比Ｚ１／Ｚ２が一定であることが分かる。これは液膜厚さ１０ｍｍの場合、２つの電極対が双方とも没水環境、すなわち上述の式（４）においてα１＝α２＝０となっているためである。
【００７６】
一方、液膜厚さ０．１ｍｍ近傍ではグラフ曲線に傾きが有り、その近傍での傾きの変化も小さい。これは液膜厚さ０．１ｍｍ近傍では一方の電極対が薄膜環境、他方の電極対が没水環境、すなわち上述の式（４）においてα２−α１≒１となっているためである。
【００７７】
また、液膜厚さ０．０１ｍｍ近傍ではグラフ曲線に傾きがあり、その近傍での傾きの変化も大きい。これは液膜厚さ０．０１ｍｍ近傍では２つの電極対のうち少なくとも一方又は双方が遷移領域、すなわち上述の式（４）において０＜α２−α１＜１となっているためである。
【００７８】
上述したように、本実施形態の腐食環境測定装置によれば、式（４）においてα２−α１≠０、すなわち２つの電極対の双方ともが薄膜環境又は没水環境でなければ測定は可能である。したがって、マスターデータにおいてグラフ曲線の傾きが０でない点での液膜厚さが測定可能となる。
【００７９】
なお、マスターデータ作成工程は、数値計算で行ってもよいし、実試験で行ってもよい。
【００８０】
［インピーダンス測定工程］
インピーダンス測定工程について説明する。インピーダンス測定工程では、上述した試験液膜ではなく、実際の測定対象である液膜のインピーダンスを測定する。液膜のインピーダンス測定には、上述した本実施形態の腐食速度測定装置を用い、マスターデータ作成工程で用いる装置と同一のものである。
【００８１】
インピーダンス測定工程では、第１電極２及び第２電極３と、第３電極４及び第４電極５とを液膜厚さ及び電気伝導率が未知の液膜（すなわち測定対象の液膜）に接触させ、各電極対でインピーダンスを測定する。インピーダンスの測定は、電気化学インピーダンス法で行う。各電極対に印加する交流電圧は高周波である。各電極対に印加する交流電圧は、同じであってもよいし、異なってもよい。
【００８２】
図２を参照して、周波数が十分高ければ、交流電流は溶液抵抗ＲＳのみをインピーダンスとして受ける。交流電流が全てコンデンサＣを通るのに十分な周波数の高さは、電極の材料、形状、液膜の組成等によって様々である。たとえば、外気に曝された鋼材に付着した液膜が測定対象である場合には、１０ｋＨｚ程度が十分な高さの周波数である。
【００８３】
なお、マスターデータ作成工程と、インピーダンス測定工程とは、どちらを先に実施してもよく、その順序は特に限られない。マスターデータ作成工程及びインピーダンス測定工程は、液膜厚さ算出工程の前に実施されていればよい。
【００８４】
［液膜厚さ算出工程］
液膜厚さ算出工程について説明する。液膜厚さ算出工程では、まずインピーダンス測定工程で得られた、第１電極２及び第２電極３で測定したインピーダンスＺ１と、第３電極４及び第４電極５で測定したインピーダンスＺ２との比Ｚ１／Ｚ２を算出する。次に、算出されたインピーダンスの比Ｚ１／Ｚ２と同じ値となるマスターデータ（図１２のグラフ曲線）上のインピーダンスの比Ｚ１／Ｚ２を割り出し、そのインピーダンスの比における液膜厚さをグラフ曲線から求める。これにより、インピーダンス測定工程で測定対象とされた液膜の液膜厚さが求められる。
【００８５】
［電気伝導率算出工程］
電気伝導率算出工程について説明する。電気伝導率算出工程では、液膜厚さ算出工程で得られた液膜厚さと、インピーダンス測定工程で得られた液膜のインピーダンスとを上述の式（１）に代入して液膜の電気伝導率σを算出する。式（１）に代入するインピーダンスの値は、第１電極及び第２電極によって測定されたものでもよいし、第３電極及び第４電極によって測定されたものでもよい。ただし、第１電極及び第２電極によって測定されたインピーダンスの値を式（１）に代入する場合は電極間の距離Ｌを第１電極と第２電極との電極間の距離とし、第３電極及び第４電極によって測定されたインピーダンスの値を式（１）に代入する場合は電極間の距離Ｌを第３電極と第４電極との電極間の距離とする。
【００８６】
以上、第１実施形態の測定方法について説明した。
【００８７】
［第２実施形態］
続いて、第２実施形態の測定方法について説明する。上述の第１実施形態の測定方法は、２つの電極対のうち少なくとも一方が遷移領域である場合にも適用できるものであるが、２つの電極対がいずれも遷移領域ではなく、一方の電極対が没水環境であり、他方の電極対が薄膜環境である場合には次の第２実施形態の測定方法によっても液膜厚さ及び電気伝導率を求めることができる。
【００８８】
第２実施形態の測定方法は、第１実施形態同様に、上述の本実施形態の腐食環境測定装置を用いる。第２実施形態の測定方法は、断面積算出工程と、インピーダンス測定工程と、電気伝導率算出工程と、液膜厚さ算出工程とを含む。
【００８９】
［断面積算出工程］
断面積算出工程では、没水環境での第１電極及び第２電極からの交流電流の通る断面積を求める。上述したように、没水環境では交流電流の通る断面積は液膜の厚さに依存しない。したがって、電気伝導率が既知であり、十分な液膜厚さの試験液膜を準備し、第１電極及び第２電極を試験液膜に接触させ、インピーダンスを測定する。測定されたインピーダンスを式（１）に代入すれば、第１電極及び第２電極からの交流電流の通る断面積Ａが求められる。
【００９０】
なお、断面積算出工程は、数値計算で行ってもよいし、実試験で行ってもよい。
【００９１】
［インピーダンス測定工程］
インピーダンス測定工程では、測定対象である液膜厚さ及び電気伝導率が未知の液膜のインピーダンスを測定する。より具体的には、各電極対を同じ液膜に接触させ、第１電極及び第２電極の電極対で液膜のインピーダンスを測定し、第３電極及び第４電極の電極対で液膜のインピーダンスを測定する。
【００９２】
なお、断面積算出工程と、インピーダンス測定工程とは、どちらを先に実施してもよく、その順序は特に限られない。断面積算出工程及びインピーダンス測定工程は、電気伝導率算出工程の前に実施されていればよい。
【００９３】
［電気伝導率算出工程］
電気伝導率算出工程では、インピーダンス測定工程で得られた第１電極及び第２電極で測定したインピーダンスと、断面積算出工程で得られた交流電流の通る断面積とに基づいて液膜の電気伝導率を算出する。上述したように、第１電極と第２電極との電極間の距離は、第３電極と第４電極との電極間の距離よりも短い。したがって、第２実施形態の測定方法では、第１電極及び第２電極の電極対は没水環境となっており、第３電極及び第４電極の電極対は薄膜環境となっている。
【００９４】
没水環境では交流電流の通る断面積は液膜厚さに依存しないため、インピーダンス測定工程で測定対象である液膜に接触させた第１電極及び第２電極の交流電流が通る断面積は、断面積算出工程で予め試験液膜を用いて測定した第１電極及び第２電極の没水環境での交流電流が通る断面積と等しくなる。これより、インピーダンス測定工程で第１電極及び第２電極で測定したインピーダンスと、断面積算出工程で求められた第１電極及び第２電極の没水環境での交流電流が通る断面積を式（１）に代入すれば、測定対象の液膜の電気伝導率σが算出される。
【００９５】
［液膜厚さ算出工程］
液膜厚さ算出工程では、電気伝導率算出工程で得られた電気伝導率と、インピーダンス測定工程で得られた第３電極及び第４電極で測定したインピーダンスとに基づいて液膜の液膜厚さを算出する。上述したように、第３電極及び第４電極の電極対は薄膜環境となっており、薄膜環境での交流電流が通る断面積Ａは液膜厚さに比例する。これより、インピーダンス測定工程で第３電極及び第４電極で測定したインピーダンスと、電気伝導率算出工程で求められた電気伝導率を式（１）に代入すれば、第３電極及び第４電極の交流電流が通る断面積Ａが算出され、測定対象の液膜の液膜厚さが算出される。
【００９６】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【００９７】
上述の説明では、腐食環境測定装置が、２つの電極対を備える場合について説明した。しかしながら、本実施形態の腐食環境測定装置は、３つ以上の電極対を備えていてもよい。たとえば腐食環境測定装置が、電極間距離がそれぞれ異なる３つの電極対を備える場合、３つの電極対のうちの１つを第１電極及び第２電極とし、１つを第３電極及び第４電極と選択してもよい。
【００９８】
上述の説明では、第３電極及び第４電極が第１電極及び第２電極と平行に配置される場合について説明した。しかしながら、第３電極及び第４電極は第１電極及び第２電極と平行でなくてもよい。第３電極及び第４電極の配置は、特に限定されない。ただし、第３電極及び第４電極が、第１電極及び第２電極と離れすぎると、装置が大型化する。また、同一の液膜に第１電極〜第４電極を接触させることが難しくなる。要するに、２つの電極対の配置は、使用環境等に基づいて適宜設定される。
【００９９】
第１電極の形状は第２電極の形状と同じであるのが好ましい。また、第１電極及び第２電極の形状は、第３電極及び第４電極の形状と同じであってもよいし、異なってもよい。
【０１００】
上述の説明では、第１電極〜第４電極が同一のプローブに配置される場合について説明した。しかしながら、第１電極〜第４電極は同一のプローブに配置されなくてもよい。第１電極及び第２電極が１つのプローブに配置され、第３電極及び第４電極が別のプローブに配置されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本実施形態の腐食環境測定装置はたとえば、材料の大気腐食調査試験において材料の腐食環境の測定に用いることができる。また、輸送機器の金属部分に取り付け、その部分の腐食の進行を把握することもできる。また、海上の橋脚等、大気腐食が進行しやすい場所の金属の腐食環境の測定に用いることができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１：腐食環境測定装置
２：第１電極
３：第２電極
４：第３電極
５：第４電極
６：端面
７：プローブ
８：測定面
９：第１交流電源
１０：第２交流電源
１２：交流電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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