(57)【要約】【課題】実際の環境に即した状況を作り出してマクロセル腐食を評価できる技術を提供する。【解決手段】欠陥評価の対象となる欠陥評価試験体Ｆを電極とする作用電極１１と、欠陥を有しない健全試験体Ｇを電極とする参照電極１２と、作用電極及び参照電極と閉回路を形成する対極１３と、作用電極１１に給電する給電部３０と対極１３に流れる電流を測定する測定部４０とを含む電気化学測定ユニット１００とを備え、作用電極１１と参照電極１２との電位差が零となる状態で、対極１３に流れる電流が測定される。【選択図】図１
2013200271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
欠陥評価の対象となる欠陥評価試験体を電極とする作用電極と、欠陥を有しない健全試験体を電極とする参照電極と、前記作用電極と閉回路を形成する対極と、前記作用電極に給電する給電部と前記対極に流れる電流を測定する測定部とを含む電気化学測定ユニットとを備え、前記作用電極と前記参照電極との電位差が零となる状態で、前記対極に流れる電流が測定されるマクロセル腐食評価システム。
【請求項２】
前記電気化学測定ユニットには、さらに、前記作用電極と前記参照電極が置かれている電解質のインピーダンスであるインピーダンスを算定するとともに、前記インピーダンスの変動を補償するように前記給電部を制御する補償部が含まれている請求項１に記載のマクロセル腐食評価システム。
【請求項３】
欠陥評価の対象となる欠陥評価試験体を作用電極に装着するステップと、
欠陥を有しない健全試験体を参照電極に装着するステップと、
電気化学測定原理に基づき、前記作用電極との前記参照電極との電位差をゼロとする条件下で前記作用電極に対して給電するステップと、
対極を流れる電流を測定するステップ、
とを備えているマクロセル腐食評価方法。
【請求項４】
前記作用電極または前記参照電極と前記対極との間で測定されたインピーダンスから算定される液抵抗の変動を補償する補償値を算定するステップが備えられ、前記補償値に基づいて前記作用電極への給電が調整される請求項３に記載のマクロセル腐食評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管などに生じるマクロセル腐食の評価を行うマクロセル腐食評価システムとマクロセル腐食評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋設管腐食の代表的なものである、コンクリート／土壌マクロセル腐食（Ｃ／Ｓマクロセル腐食）では、管における傷などの欠陥部分から電流が流出するという現象が生じるので、この現象を電気化学測定の原理を用いて検出し、欠陥を評価することが行われている。電気化学測定装置を用いた腐食評価では研磨された均一な材料表面で評価を行っているのが実状であり、それは実部材の材料表面とは大きく異なるものであり、実際の腐食環境（健全部と欠陥部とのマクロセル腐食）とは異なる状況で腐食を評価していることになることから、実際の腐食状況を反映した腐食評価ができない。そのため、腐食評価において問題ないと判断された環境において、腐食による不具合が発生することが多くある。
【０００３】
特許文献１には、引き込み管に流れる電流を検知して塗覆装欠陥の有無の検査を行う腐食診断方法が記載されている。この方法では、発振装置と検出装置と腐食診断装置とからなるシステムが用いられる。発振装置は電源と電流計とを備えて構成され、電源の一方の出力端子には対極が接続され、他方の出力端子には接続部が接続されており、その際、対極は土壌中に埋設され、接続部は引き込み管を構成する金属部分と電気的に導通するように接続されている。検出装置は、プローブを有する電流計を備えて構成され、引き込み管に流れる交流電流の電磁誘導作用による起電力を検出し、その起電力から引き込み管に流れる交流電流値を導出する。腐食診断装置は検出装置によって検出された交流電流値に関する情報（信号波形）に基づいて腐食診断を行う。塗覆装欠陥が存在する場合には、引き込み管には交流電流が流れるので、その電流値に基づいて、例えば、電流値を所定の閾値と比較して、引き込み管およびエルボによって構成される局所的な電気的導通状態を形成する塗覆装管の埋設部分のどこかに塗覆装欠陥が存在するという判定を下す。しかしながら、このような腐食診断システムでは、評価すべき欠陥の形態や診断される診断対象体及びその環境が特定されており、腐食診断の対象が限定的である。
【０００４】
特許文献２には、表面に犠牲防食金属層を有する熱交換器用部材の犠牲防食金属欠陥部における犠牲防食効果を評価する腐食試験を、実際の環境に近い条件で、迅速・簡便に行うことができる耐食性を評価する腐食試験装置が記載されている。この腐食試験装置は、試験片を保持するロアーベースと、腐食液噴射手段を有するアッパーベースと、腐食液噴射手段に腐食液を供給する腐食液供給手段と、腐食液を冷却および加熱する腐食液冷却加熱手段と、腐食液流通隙間を形成する隙間調整手段と、標準電極を介して試験の電位を測定する電位測定手段とを備えている。この装置では、温度調整機能を備えることで、実機における犠牲防食金属部と犠牲防食金属欠陥部における温度差を再現することができる。しかしながら、この装置でも、温度環境は変えることができるが、やはり限られた環境における腐食評価となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４‐１９８４１０号公報（段落番号〔００２４−００４２〕、図１）
【特許文献２】特開２００９‐１８０５５６号公報  （段落番号００１４−００２９〕、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、健全な部位（例えば皮膜）と欠陥部位（例えば皮膜欠損）において電位差が生じることにより腐食が発生するマクロセル腐食に関して、その欠陥ないしは腐食をより実際の環境に即した状況の下で評価できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
マクロセル腐食評価システムにおいて、上記目的を達成するため、本発明によるマクロセル腐食評価システムは、欠陥評価の対象となる欠陥評価試験体を電極とする作用電極と、欠陥を有しない健全試験体を電極とする参照電極と、前記作用電極及び前記参照電極と閉回路を形成する対極と、前記作用電極に給電する給電部と前記対極に流れる電流を測定する測定部とを含む電気化学測定ユニットとを備え、前記作用電極と前記参照電極との電位差が零となる状態で、前記対極に流れる電流が測定される。ここでの電位差が零という意味は、利用している電気化学測定ユニットにおける電位差を零とする制御において実現できる精度範囲を含むものである。
【０００８】
この構成では、欠陥評価試験体を作用電極として機能させるとともに健全試験体を参照電極として機能させ、作用電極と参照電極とに電位差が生じないように作用電極に対する給電が調整されるので、欠陥部と健全部とのマクロセル電流が明確となり、その環境における腐食速度を明確に評価することができる。この腐食評価技術の利点は、ほとんどが健全な状態の中に僅かな欠陥部が存在する環境を電気化学的に再現できるところにある。言い換えると、ただ単に欠陥部（陽極）と健全部（陰極）をつないで電流を測定することによる従来の腐食評価とは異なり、陽極としての作用電極がより実機に近い状態に電位を引き上げられることで、実際の腐食が起こる状況を精度良く再現することができる。
【０００９】
電気化学測定装置を用いた、従来のマクロ腐食測定では、その測定中に各電極間に充満している固体電解質または液体電解質のインピーダンス（以下、電解質インピーダンスと称する）の変動が考慮されておらず、この変動が無視できないレベルの場合、その変動による測定誤差が問題となる。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記電気化学測定ユニットには、さらに、前記作用電極と前記参照電極が置かれている環境のインピーダンスである電解質インピーダンスを算定するとともに、前記電解質インピーダンスの変動を補償するように前記給電部を制御する補償部が含まれている。この構成により、作用電極と参照電極に対して電位差が生じないように給電制御しているプロセスにおいて、作用電極、参照電極、対極を取り巻いている固体電解質または液体電解質のインピーダンスを測定し、そのインピーダンス変動を考慮して給電制御することで、インピーダンス変動による、いわゆるＩＲドロップの影響を抑制することができる。その結果、あらゆる環境を再現できるだけでなく、その環境における正確なマクロセル腐食評価が容易に可能であり、かつ、短期的に腐食の発生の有無を確認することが可能となる。
【００１０】
マクロセル腐食評価方法において、上記目的を達成するため、本発明によるマクロセル腐食評価方法は、欠陥評価の対象となる欠陥評価試験体を作用電極に装着するステップと、欠陥を有しない健全試験体を参照電極に装着するステップと、電気化学測定原理に基づき、前記作用電極との前記参照電極との電位差をゼロとする条件下で前記作用電極に対して給電するステップと、対極を流れる電流を測定するステップとを備えている。
このマクロセル腐食評価方法においても、上述したマクロセル腐食評価システムで述べたように、欠陥部と健全部とが同じ環境因子を受けているのと等価な状況で、それぞれの電極から対極に流れる電流が測定されるので、その環境における腐食速度を明確に評価することができる。
【００１１】
同様に、前記作用電極または前記参照電極と前記対極との間で測定されたインピーダンスから算定される液抵抗の変動を補償する補償値を算定するステップが備えられ、前記補償値に基づいて前記作用電極への給電が調整されることで、作用電極、参照電極、対極を取り巻いている固体電解質または液体電解質のインピーダンス変動による影響を抑制することができる。
【００１２】
本発明の実際的な適用形態の１つとして、対極を流れる電流の測定結果と測定評価との間の関係を示す評価テーブルを予め作成しておき、実際の現場、つまり実際の引き込み管や埋設管などの欠陥評価試験体に対して本発明の方法を適用し、この評価テーブルを用いて欠陥を評価すると好都合である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明によるマクロセル腐食評価技術の原理を説明するための模式図である。
【図２】本発明によるマクロセル腐食評価技術の運用過程を示すフローチャートである。
【図３】本発明によるマクロセル腐食評価システムの１つの適用例を示す模式図である。
【図４】本発明によるマクロセル腐食評価システムの他の１つの適用例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、本発明によるマクロセル腐食評価技術の原理を図１の模式図を用いて説明する。
ここで例示するマクロセル腐食評価システムは、電気化学セル１と電気化学測定ユニット１００からなる。電気化学セル１には、腐食環境としての電解質である液体電解質（以下試験液または単に液と略称される）１０が収容されている。試験液１０には、作用電極１１、参照電極１２、対極１３が挿入されている。作用電極１１には、欠陥評価試験体Ｆである小片が装着されており、参照電極１２には、欠陥評価試験体Ｆと等価な材料で腐食等の欠陥のない健全試験体Ｇが装着されている。対極１３はよく知られているように、電気伝導性に優れた白金電極Ｐｔであり、欠陥評価試験体Ｆのマクロセル電流を測定するために用いられる。さらに、このシステムでは、健全試験体Ｇが装着されている参照電極１２の電位を確認するための照合電極１４が設けられているが、これは省略可能である。
【００１５】
電気化学測定ユニット１００には、入出力インターフェース２０、給電部３０、測定部４０、補償部５０、評価制御部６０を含んでいる。入出力インターフェース２０は、上記の各種電極と接続しており、電気化学測定ユニット１００に構築された各機能部からの電気信号を各種電極に出力し、各種電極からの電気信号を入力して、電気化学測定ユニット１００に構築された各機能部に転送する。また、電気化学測定ユニット１００は、入出力インターフェース２０を介して外部のパソコンなどに測定データや評価データなどを送信することができる。
【００１６】
給電部３０は、与えられた制御パラメータに基づいて作用電極１１に対して適切な電位を与える。さらにこの給電部３０は、作用電極１１と参照電極１２との電位差を零（ここでいう零は当然ながら実用的な意味での零である。）にする電位保持機能も有する。測定部４０は、対極１３に流れる電流を測定するだけでなく、試験液１０を含む電気的閉回路におけるインピーダンス測定を行い、試験液１０の液抵抗値を算定する機能も有する。補償部５０は、測定部４０によって測定される液抵抗値の変動に追従して、その変動を補償すべく作用電極１１に付与される電位を調整するように給電部３０に補償指令を与える。評価制御部６０は、マクロセル腐食評価を行うために、電気化学測定ユニット１００に構築されている上記の機能部の動作を制御するとともに、最終的に得られたマクロセル電流データなどの電気化学的特性値に基づいて欠陥評価試験体Ｆの腐食特性や腐食挙動を評価する。
【００１７】
次に、上述したような構成からなるマクロセル腐食評価システムでの腐食評価プロセスを図２のフローチャートを用いて説明する。
まず、作用電極１１に欠陥評価試験体Ｆを装着し（＃０１）、参照電極１２に健全試験体Ｇを装着する（＃０２）。対極１３は白金電極ｐｔである。次に、作用電極１１と参照電極１２と対極１３とを評価すべき環境条件に設定された液体電解質１０の中に浸漬する（＃０３）。
給電部３０が、作用電極１１と参照電極１２との電位差を零にする条件を満たす電位を作用電極１１に印加する（＃０４）。次いで、液体電解質１０の液抵抗補正が必要かどうかチェックする（＃０５）。液抵抗補正が必要な場合（＃０５Ｙｅｓ分岐）、測定部４０が液体電解質１０のインピーダンスを測定することで、その液抵抗が算定される（＃０６）。算定された液抵抗の変動に基づいて、補償部５０がこの変動を補償するための補償指令を生成して、給電部３０に与える（＃０７）。給電部３０が、受け取った補償指令に基づいて、作用電極１１に印加する給電量を調整する（＃０８）。さらに、測定部４０が、対極１３に流れる電流を測定する（＃０９）。また、液抵抗補正が必要でない場合（＃０５Ｎｏ分岐）、ステップ＃０５からステップ＃０９にジャンプして、対極１３に流れる電流が測定される。
この腐食評価プロセスが終了かどうか判定し（＃１０）、続行する場合は（＃１０Ｎｏ分岐）、ステップ＃０４に戻り、終了する場合は（＃１０Ｙｅｓ分岐）、評価制御部６０が、この腐食評価プロセスで得られた測定結果を集計し（＃１１）、集計された測定結果に基づいて腐食評価を出力する（＃１２）。
【００１８】
上記のような腐食評価プロセスを３つの異なる欠陥評価試験体Ｆに対して行った際、以下のような実験結果が得られた。なお、この実験結果は、１００時間わたる腐食評価プロセスにおいて、対極１３が受けた総電気量（単位はクーロン）とした。
まずは、表面に何も付着していない欠陥評価試験体Ｆでは、１.７クーロンが示された。表面に鉄錆を付着させた欠陥評価試験体Ｆでは、１５.３クーロンが示された。これにより、鉄錆が存在することによりマクロセル電流が増大していることが明らかである。さらに、表面に炭酸カルシウムを付着させた欠陥評価試験体Ｆでは、１.２クーロンが示された。
【００１９】
上述した本発明によるマクロセル腐食評価技術の原理において特に重要な点は、電気化学測定ユニット１００の電位保持機能を利用して、作用電極１１と参照電極１２、つまり欠陥評価試験体Ｆと健全試験体Ｇとの電位差を零にしながら、対極１３に流れる電流の測定を行うことにより、欠陥評価試験体Ｆと健全試験体Ｇとのマクロセル電流が腐食評価を行なう上でより適正なものとなったことである。例えば、ほとんどが健全な状態の中にわずかに欠陥部（腐食や被覆破れなど）が存在するような条件においても良好な評価が期待できる。つまり、欠陥評価試験体Ｆの電位が健全試験体Ｇの電位に引き上げられることで、より実際に近い環境下での腐食評価が可能となる。
さらには、腐食環境としての電解質（コンクリートなど）の抵抗により生じるＩＲドロップをそのインピーダンス測定に基づいて得られたインピーダンス変動をフィードバック制御によって補償することで、さらに正確な腐食評価が実現する。
【００２０】
次に、上述したマクロセル腐食評価システムを実際の現場に相当する形態で適用する場合の構成を説明する。
まず第１の実施例は、図３に示すように、配管材９０の内面に電気化学セル１を構築した例である。ここでは、配管材９０の壁体９１が健全試験体Ｇとして取り扱われ、これが参照電極１２として電気化学測定ユニット１００に接続される。また、壁体９１に絶縁シール材９２を介して壁体９１と等価な基本電気化学特性を有する欠陥評価試験体Ｆが取り付けられ、作用電極１１として電気化学測定ユニット１００に接続される。さらに、欠陥評価試験体Ｆに固定治具９３を介して白金メッシュＰｔまたはステンレスメッシュ材が取り付けられ、ここでは白金メッシュＰｔが対極１３として電気化学測定ユニット１００に接続される。
【００２１】
第２の実施例は、図４に示すように、配管材９０の途中に電気化学セル１がはめ込まれている例である。この電気化学セル１は、その周囲が絶縁シール材９２で包囲されており、その内部に白金ｐｔを取り付けた対極１３と、欠陥評価試験体Ｆを装着した作用電極１１が備えられ、電気化学測定ユニット１００に接続されている。また、健全試験体Ｇある配管材９０の壁体９１が参照電極１２として電気化学測定ユニット１００に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、マクロセル腐食を生じる物体における腐食挙動などの腐食評価の技術分野に利用することができる。
【符号の説明】
【００２３】
Ｆ：欠陥評価試験体
Ｇ：健全試験体
１１：作用電極
１２：参照電極
１３：対極
３０：給電部
４０：測定部
５０：補償部
１００：電気化学測定ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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