(57)【要約】【課題】めっき部材を用いた既設金属構造体の寿命が、より簡便に評価できるようにする。【解決手段】ステップＳ１０１で、時点ｔ1におけるめっき膜の第１膜厚ｄ1を測定し、ステップＳ１０２で、時点ｔ2におけるめっき膜の第２膜厚ｄ2を測定し、ステップＳ１０３で、めっき膜の材質により決定される定数ｂを用い、ｄ0＝（ｄ1ｔ2b−ｄ2ｔ1b）／（ｔ2b−ｔ1b）により建造時のめっき部材のめっき膜の厚さである初期膜厚ｄ0を推定し、ステップＳ１０４で、ａ＝（ｄ1−ｄ2）／（ｔ2b−ｔ1b）により、めっき部材のめっき膜の建造時より１年後の膜厚減量ａを推定し、ステップＳ１０５で、ｔL＝｛（０．９ｄ0）／ａ｝1/bにより、建造時からのめっき部材の寿命ｔLを推定する。【選択図】  図１
2015010915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき膜が形成された金属構造体からなるめっき部材の建造時より設定した時間経過した時点ｔ1におけるめっき膜の厚さを測定して第１膜厚ｄ1を得る第１膜厚測定ステップと、
前記時点ｔ1より後の時点ｔ2における前記めっき部材のめっき膜の厚さを測定して第２膜厚ｄ2を得る第２膜厚測定ステップと、
前記めっき膜の材質により決定される定数ｂを用い、ｄ0＝（ｄ1ｔ2b−ｄ2ｔ1b）／（ｔ2b−ｔ1b）により建造時の前記めっき部材のめっき膜の厚さである初期膜厚ｄ0を推定する初期膜厚推定ステップと、
ａ＝（ｄ1−ｄ2）／（ｔ2b−ｔ1b）により、前記めっき部材のめっき膜の建造時より１年後の膜厚減量ａを推定する初年度膜厚減量推定ステップと、
ｔL＝｛（０．９ｄ0）／ａ｝1/bにより、建造時からの前記めっき部材の寿命ｔLを推定する寿命推定ステップと
を備えることを特徴とするめっき部材の寿命評価方法。
【請求項２】
請求項１記載のめっき部材の寿命評価方法において、
前記第１膜厚測定ステップおよび前記第２膜厚測定ステップのめっき膜の厚さ測定では、
前記めっき膜の上に形成されている腐食層を除去する除去ステップと、
腐食層が除去された状態を蛍光Ｘ線分析装置を用いて確認する確認ステップと、
腐食層の除去が確認されてからめっき膜の厚さを前記蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定する測定ステップと
を備えることを特徴とするめっき部材の寿命評価方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のめっき部材の寿命評価方法において、
前記めっき膜は、亜鉛めっきから構成され、前記定数ｂは、０．７であることを特徴とするめっき部材の寿命評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属めっきが施された部材の寿命を評価するめっき部材の寿命評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属は、屋外やプラント内などの構造材料として、屋外の環境中で多く使用されている。このような金属材料を用いて構成された部材や構造体の寿命を評価するには、実際に使われている部材や構造体、もしくは、実際に使われる部材や構造体と同じ材料で構成された試験体を実際に使用される環境に暴露し、注目する金属の経年による減少量を測定することにより得る腐食速度を指標とすることが多い。
【０００３】
例えば、金属素地に金属めっきが施されためっき部材からなる金属構造体では、次に示すようにしている。まず、形成した金属めっき膜の膜厚を予め測定し、この金属構造体と同じ材料で構成された試験体を、対象とする環境に一定期間暴露する。この暴露の後、残存した金属めっき膜の膜厚を測定し、膜厚の差分、すなわち腐食減量（膜厚表記）を期間で除して腐食速度を得る。膜厚の単位がμｍ、期間が年で与えられれば、腐食速度の単位はμｍ／年となる。初期めっき膜厚を基準とした腐食減量（膜厚表記）の値を１年ごとに求め、腐食減量（膜厚表記）または腐食速度の経年変化を追えば、残存した金属めっき膜の膜厚がある一定値以下となる期間を推定できる。この推定期間をもって、金属構造体の一部または全体の寿命として評価することができる。例えば、残存めっき膜厚が初期めっき膜厚の１０分の１以下となる期間を寿命とすることがある。
【０００４】
上述したようなめっき部材からなる金属構造体の寿命評価方法は、金属構造体と同一の金属めっき膜を有する試験体を用いる必要がある。しかしながら、過去に建造され、現に使用されている既設構造体においては、時間を遡って建造初期における金属めっき膜の膜厚を測定することは不可能である。このような状態では、既設の金属構造体と同一の金属めっき膜を有す試験体を準備できるかどうかが、寿命を評価する上では重要となる。このため、一般には、既設の金属構造体で採用された製品規格に基づいて試験体を準備することになる。この場合、既設の金属構造体の初期めっき膜厚は、該当する製品規格より計算し得ると捉えられる。例えば、溶融亜鉛めっきの規格である「JIS H8641」に定める２種５５では、亜鉛の付着量として５５０ｇ／ｍ3を規定しており、これに従えば、平均膜厚は７６μｍとなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】http://www.aen-mekki.or.jp/faq/014.html、一般社団法人日本溶融亜鉛鍍金協会。
【非特許文献２】宮田恵守、半田隆夫、「亜鉛めっき鋼板大気腐食量の経年特性」、第５３回材料と環境討論会予稿集、Ｃ−２０３、２００６年。
【非特許文献３】http://www.horiba.com/jp/scientific/products-jp/x-ray-fluorescence-analysis/details/mesa-portable-8946/、株式会社堀場製作所。
【非特許文献４】東康弘、中江保一、河合潤、篠塚功、半田隆夫、澤田孝、「ハンドヘルド蛍光Ｘ線分析計による通信線路構造物材料の評価」、第４６回Ｘ線分析討論会予稿集、日本分析化学会、２０１０年。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際の初期めっき膜厚は、一般には、製品規格で計算される膜厚より厚い。例えば、上述した２種５５が採用された部材のめっき膜厚を電磁式膜厚計で測定してみると、平均膜厚が１００μｍを超えることが往々にしてあり、付着量の規定から推定される膜厚より厚い。これは、単に、製造設計上、安全をみて、規定以上の付着量のめっきが施されているためである。例えば、２種５５についていえば、５５０ｇ／ｍ3以上となっていれば規定を満たしていることになる。めっき膜厚は、規定を満たす範囲で、製造業者によって異なる。また、同じ製造業者で、めっき浴やめっき槽が同一であっても、めっきが施される部材の熱容量や形状によってめっき膜厚は異なる。従って、規定のみから金属構造体の初期のめっき膜厚を計算することは、著しく精度を欠く。試験体の膜厚は、電磁式膜厚計で測定することは可能であるものの、金属構造体の初期のめっき膜厚と同一である保証はない。
【０００７】
また、金属構造体を模した試験体ではなく、金属構造体自体を試験対象として寿命評価を行える方が、当然ながら有用である。ただし、この場合も、初期めっき膜厚を基準とした寿命評価が望まれる。
【０００８】
上述したように、規定のみから既設の金属構造体の初期のめっき膜厚を推定することは困難である。また、初期めっき膜厚を測定することが不可能な既設金属構造体の場合、既設金属構造体と同じ材料で構成された試験体を用いて、残存めっき膜厚が初期膜厚のある一定値以下となる期間を用いて、金属構造体の寿命評価を行う方法は適用できない。このように、現状では、めっき部材を用いた既設金属構造体の寿命を評価することが容易ではないという問題がある。
【０００９】
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、めっき部材を用いた既設金属構造体の寿命が、より簡便に評価できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るめっき部材の寿命評価方法は、めっき膜が形成された金属構造体からなるめっき部材の建造時より設定した時間経過した時点ｔ1におけるめっき膜の厚さを測定して第１膜厚ｄ1を得る第１膜厚測定ステップと、時点ｔ1より後の時点ｔ2におけるめっき部材のめっき膜の厚さを測定して第２膜厚ｄ2を得る第２膜厚測定ステップと、めっき膜の材質により決定される定数ｂを用い、ｄ0＝（ｄ1ｔ2b−ｄ2ｔ1b）／（ｔ2b−ｔ1b）により建造時のめっき部材のめっき膜の厚さである初期膜厚ｄ0を推定する初期膜厚推定ステップと、ａ＝（ｄ1−ｄ2）／（ｔ2b−ｔ1b）により、めっき部材のめっき膜の建造時より１年後の膜厚減量ａを推定する初年度膜厚減量推定ステップと、ｔL＝｛（０．９ｄ0）／ａ｝1/bにより、建造時からのめっき部材の寿命ｔLを推定する寿命推定ステップとを備える。
【００１１】
上記めっき部材の寿命評価方法において、第１膜厚測定ステップおよび第２膜厚測定ステップのめっき膜の厚さ測定では、めっき膜の上に形成されている腐食層を除去する除去ステップと、腐食層が除去された状態を蛍光Ｘ線分析装置を用いて確認する確認ステップと、腐食層の除去が確認されてからめっき膜の厚さを蛍光Ｘ線分析装置を用いて測定する測定ステップとを備えるようにすればよい。なお、めっき膜が亜鉛めっきから構成されている場合、定数ｂは、０．７である。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したことにより、本発明によれば、めっき部材を用いた既設金属構造体の寿命が、より簡便に評価できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態におけるめっき部材の寿命評価方法を説明するフローチャートである。
【図２】図２は、建築物に用いられる金属構造体の表面の状態を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、めっき膜の膜厚測定に先だって実施する腐食生成物（腐食層）の除去について説明する説明図である。
【図４】図４は、腐食層の除去を含めた実施例における寿命評価方法について説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるめっき部材の寿命評価方法を説明するフローチャートである。
【００１５】
この評価方法は、まず、ステップＳ１０１で、めっき膜が形成された金属構造体からなるめっき部材の建造時より設定した時間経過した時点ｔ1におけるめっき膜の厚さを測定して第１膜厚ｄ1を得る（第１膜厚測定ステップ）。次に、ステップＳ１０２で、時点ｔ1より後の時点ｔ2におけるめっき部材のめっき膜の厚さを測定して第２膜厚ｄ2を得る（第２膜厚測定ステップ）。
【００１６】
金属構造体は、例えば、鉄鋼から構成された構造体であり、めっきは、亜鉛めっきである。また、めっき膜の膜厚測定は、例えば、よく知られた電磁誘導式膜厚計により行えばよい。電磁誘導式膜厚計によれば、例えば、磁性を有する鉄鋼の上にある磁性を持たない亜鉛めっき膜の厚さが測定できる。電気亜鉛めっきであれば、ほぼ正確な膜厚が得られる。めっき膜の膜厚測定は、蛍光Ｘ線膜厚計により測定してもよい。めっき膜厚は、複数回の測定を行い、これらの結果の平均値を用いることが望ましい。
【００１７】
また、時点ｔ1と時点ｔ2との間隔は、例えば、１年とすればよい。めっき部材が用いられている環境により、めっき膜の減少（変化）量は異なる。従って、膜厚の測定結果によりめっき膜の減少量が判断可能となる程度に、時点ｔ1と時点ｔ2との間隔が設定されていればよい。なお、本来の寿命評価という目的に対し、寿命に匹敵するような長い間隔は好ましくなく、時点ｔ1と時点ｔ2との間隔は、可能な範囲で短い方がよい。
【００１８】
次に、ステップＳ１０３で、めっき膜の材質により決定される定数ｂを用い、「ｄ0＝（ｄ1ｔ2b−ｄ2ｔ1b）／（ｔ2b−ｔ1b）・・・（１）」により建造時のめっき部材のめっき膜の厚さである初期膜厚ｄ0を推定する（初期膜厚推定ステップ）。めっき膜が亜鉛めっきより構成されている場合、定数ｂは、０．７となる。次いで、ステップＳ１０４で、「ａ＝（ｄ1−ｄ2）／（ｔ2b−ｔ1b）・・・（２）」により、めっき部材のめっき膜の建造時より１年後の膜厚減量ａを推定する（初年度膜厚減量ステップ）。膜厚減量ａは、めっき部材の建造初年度で減少しためっき膜の膜厚である。
【００１９】
最後に、ステップＳ１０５で、「ｔL＝｛（０．９ｄ0）／ａ｝1/b・・・（３）」により、建造時からのめっき部材の寿命ｔLを推定する（寿命推定ステップ）。
【００２０】
上述した各式を用いた推定（各式の計算）は、コンピュータを用いて実施すればよい。コンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）と主記憶装置と外部記憶装置とネットワーク接続装置となどを備え、主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作し、外部記憶装置に記憶された測定値や定数などをもとに、上述した推定のための計算が実現される。
【００２１】
次に、式（１），（２），（３）による寿命推定について、より詳細に説明する。
【００２２】
鋼材などに形成されているめっき膜は、腐食などにより減少していく。このめっき膜の減少の量（膜厚減量）をΔｄとし、めっき部材の建造時から初年度におけるめっき膜の減量をａとし、めっき部材の使用開始から経過した時間（単位は年）をｔとすると、「Δｄ＝ａｔb・・・（４）」」が成立することが経験的に知られている（非特許文献２参照）。式（４）において、ｂは定数である。亜鉛めっきの場合、ｂは約０．７の値を取る。複数の測定結果より得られる複数の式（４）を用いることで、対象とするめっき材料におけるｂの値が求められる。
【００２３】
めっき部材の建造時点を０とし、これより経過した時点をｔ1とし、時点ｔ1から一定の期間経過した時点をｔ2とする。また、時点ｔ1で測定されためっき膜の膜厚をｄ1とし、時点ｔ2で測定されためっき膜の膜厚をｄ2とする。これらを式（４）に適用すると、前述した式（１）および式（２）が得られる。
【００２４】
次に、経年変化の後に残存するめっき膜厚が、建造時の初期膜厚のある一定値となる期間をめっき部材の寿命として評価する考えによれば、残存するめっき膜厚が推定初期膜厚ｄ0のある一定値となる時点をめっき部材の寿命とすることができる。この一定値を０．１とすると、式（４）より、寿命ｔLは、「Δｄ＝０．９ｄ0＝ａｔLb・・・（５）」から計算できる。この式（５）より、前述した式（３）が得られる。
【００２５】
以上に説明したように、実施の形態によれば、既設の建造物などに用いられている金属構造体であるめっき部材において、初期めっき膜厚が不明の場合でも、初期めっき膜厚を推定し、この推定値を用いて簡便に金属構造体の寿命が評価できるようになる。また、実施の形態によれば、試験体を用いることなく、既設のめっき部材自体を試験体として用いることも可能である。
【００２６】
以下、実施例を用いてより詳細に説明する。
【００２７】
［実施例］
建築物に用いられる鋼材などの金属構造体は、図２の（ａ）に示すように、金属素地２０１の表面に金属めっき膜２０２を形成し、めっき部材として用いられていることが多い。よく知られているように、金属めっき膜２０２を形成することで、金属素地２０１を、この使用環境における腐食因子から保護することができる。
【００２８】
ただし、使用環境で用いられることにより、時間の経過に伴い、初期には膜厚ｄ0の金属めっき膜２０２は腐食し、図２の（ｂ）に示すように、金属めっき膜２０２の表面側に腐食層２０３が形成された状態となる。この結果、金属めっき膜２０２は、膜厚ｄ1（＜ｄ0）に薄くなる。屋外などの腐食が進行する環境中では、腐食層２０３が増加して金属めっき膜２０２は減少し、いずれは金属めっき膜２０２がなくなる。金属めっき膜２０２が薄くなれば、金属素地２０１を保護する機能が損なわれることになり、金属素地２０１が腐食する状態となる。従って、金属めっき膜２０２の膜厚がある一定値になるまでの期間を、めっき部材の寿命とすることができる。
【００２９】
腐食層２０３は、乾燥湿潤や風雨によって一部が損なわれることはあるが、時間が経過するにつれて堆積する。一般的には、腐食層２０３の堆積によって腐食の進行は時間が経過するにつれて遅くなるとされる。これが、式（４）におけるｂが１より小さい理由といわれている。金属めっき膜２０２のめっき膜厚ｄ1を測定するには、腐食層２０３を予め決まった方法で除去しておく必要がある。腐食層２０３の堆積による腐食進行の減速を考えると、第１膜厚ｄ1を測定する部分と第２膜厚ｄ2を測定する部分とは、異なる部分としなければならないが、局所の気象を考えた場合、これらは近接する部分とするのが望ましい。
【００３０】
また、膜厚を測定した部分のめっき部材の寿命評価にとどまらず、めっき部材から構成されている金属構造体全体の寿命評価を目的とする場合、当然、腐食が進みやすいと想定される部位を測定対象部分の１つに選定すべきである。具体的には、常に湿潤な環境に置かれやすい部位、例えば、水は存在し得るが陰影にあり乾燥しにくい部位を測定対象部分の１つに選定すべきである。
【００３１】
次に、めっき膜の膜厚測定に先だって実施する腐食生成物（腐食層）の除去について図３を用いて説明する。図３は、断面を模式的に示している。
【００３２】
図３の（ａ）に示すように、金属素地３０１の表面にめっき膜３０２が形成され、めっき膜３０２の上に腐食層３０３が形成される。腐食層３０３の除去の方法としては、腐食層３０３の成分に応じた酸などの薬品を用いる場合があるが、腐食層３０３がめっき層３０２に比して脆い場合が多く、ブラシなどを用いて磨くことで十分に除去できる場合も多い。いずれの除去方法であっても、めっき層３０２の膜厚を測定する際には、腐食層３０３の厚さが加算されないよう、腐食層３０３除去の終点を見極める必要がある。
【００３３】
腐食層３０３除去の終点を見極める方法としては、めっき層３０２表面における金属光沢をみる方法がある。また、腐食層３０３とめっき層３０２との密度の差がある場合には、超音波法などにより腐食層３０３の有無を確認することも考えられる。ここでは、腐食層３０３の下のめっき層３０２が十分に厚い場合を例に、携帯型の蛍光Ｘ線分析装置３１１を用い、腐食層３０３の除去状態を確認する。例えば、株式会社堀場製作所が販売するハンドヘルド型蛍光Ｘ線分析装置を用いればよい（非特許文献３参照）。
【００３４】
まず、図３の（ａ）に示すように、蛍光Ｘ線分析装置３１１から入射Ｘ線３１２をめっき膜３０２および腐食層３０３に照射し、蛍光Ｘ線３１３を検出し、亜鉛の蛍光Ｘ線強度を得る。株式会社堀場製作所のハンドヘルド型蛍光Ｘ線分析装置のある特定の機種を用いた測定では、亜鉛めっきの場合、めっき膜厚が３２．５μｍ以上あれば、非常に厚い亜鉛めっき膜と比べて、亜鉛の蛍光Ｘ線強度は９０％以上となる。
【００３５】
よって、まず、図３の（ｂ）に示すように、非常に厚い膜厚の参照用めっき膜３０６を金属素地３０５の表面に形成した参照めっき部材を用意し、参照用めっき膜３０６における亜鉛の蛍光Ｘ線強度を測定する。次いで、所定の方法で腐食層３０３の除去処理をした後、図３の（ｃ）に示すように、めっき膜３０２における亜鉛の蛍光Ｘ線強度を測定する。この測定により、例えば、参照用めっき膜３０６の測定結果に対して９０％以上の蛍光Ｘ線強度が得られれば、腐食層が十分に除去されたものと判定する（非特許文献４参照）。この後、蛍光Ｘ線分析装置３１１を用い、めっき膜３０２の膜厚を測定すればよい。
【００３６】
以上に説明した腐食層の除去を含めた実施例における寿命評価方法について、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００３７】
まず、ステップＳ４０１で、対象とするめっき部材のめっき膜表面に形成された腐食層の除去処理を所定の方法で行う。次に、ステップＳ４０２で、上述した方法により、除去処理をしたことによる除去の状態を確認する。この確認により、除去が十分であると判定されれば（ステップＳ４０３のｙ）、ステップＳ４０４に進み、めっき部材の建造時より設定した時間経過した時点ｔ1におけるめっき膜の厚さを測定して第１膜厚ｄ1を得る。一方、除去が十分ではないと判定された場合（ステップＳ４０３のｎ）、ステップＳ４０１に戻り、再度、除去処理を行う。当然ながら、上述した腐食層の除去処理，除去状態の確認などは、第１膜厚ｄ1の測定直前に行う。
【００３８】
以上のようにして腐食層を除去して時点ｔ1における第１膜厚ｄ1を得たら、時点ｔ1より後の時点ｔ2において、ステップＳ４０５で測定箇所を移動し、ステップＳ４０６で対象とするめっき部材のめっき膜表面に形成された腐食層の除去処理を所定の方法で行う。次に、ステップＳ４０７で、上述した方法により、除去処理をしたことによる除去の状態を確認する。この確認により、除去が十分であると判定されれば（ステップＳ４０８のｙ）、ステップＳ４０９に進み、時点ｔ2におけるめっき膜の厚さを測定して第２膜厚ｄ2を得る。一方、除去が十分ではないと判定された場合（ステップＳ４０８のｎ）、ステップＳ４０６に戻り、再度、除去処理を行う。当然ながら、上述した腐食層の除去処理，除去状態の確認などは、第２膜厚ｄ2の測定直前に行う。
【００３９】
以上のようにして腐食層を除去して時点ｔ2における第２膜厚ｄ2を得たら、ステップＳ４１０でめっき膜の材質により決定される定数ｂを用い、ｄ0＝（ｄ1ｔ2b−ｄ2ｔ1b）／（ｔ2b−ｔ1b）により建造時のめっき部材のめっき膜の厚さである初期膜厚ｄ0を推定する。次に、ステップＳ４１１で、ａ＝（ｄ1−ｄ2）／（ｔ2b−ｔ1b）により、めっき部材のめっき膜の建造時より１年後の膜厚減量ａを推定する。最後に、ステップＳ４１２で、ｔL＝｛（０．９ｄ0）／ａ｝1/b・・・（３）により、建造時からのめっき部材の寿命ｔLを推定する。
【００４０】
なお、本例では触れていないが、塗装がある場合にも本発明は適用可能である。塗装がされている場合、塗装の下のめっき膜の膜厚の測定のためには、塗装を除去する（剥ぐ）必要がある。当然、塗装を除去して測定を行った後は、用いられている塗料か、この塗装の耐候性以上の耐候性を有する塗料あるいは他のコーティングで剥いだ塗装面の部分を補修しておく。
【００４１】
以上に説明したように、本発明によれば、既設の金属構造体を構成しているめっき部材において、初期めっき膜厚が不明の場合でも、簡便に寿命を評価できるようになる。また、試験体を用いることなく、既設金属構造体自体を試験体として用いることも可能である。
【００４２】
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。例えば、上述では、亜鉛めっきが施された鋼材を例に説明したが、これに限るものではなく、様々な金属に対して様々なめっき膜が形成されためっき部材に適用可能である。対象となるめっき部材のめっき膜における定数ｂを予め求めておけばよい。
【符号の説明】
【００４３】
２０１…金属素地、２０２…金属めっき膜、２０３…腐食層。
【図１】
2015010915.tif 000003
【図２】
2015010915.tif 000004
【図３】
2015010915.tif 000005
【図４】
2015010915.tif 000006