(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料に磁場を加え、損傷箇所で前記磁性材料の表面に生成される前記磁場の勾配を使用して常磁性物質である酸素を誘導し、前記磁性材料の表面に形成される腐食を使用して前記磁性材料の前記損傷箇所を検出する、探傷方法。
【請求項２】
前記材料に加えられる磁場の強度は、８Ｔを超えることを特徴とする、請求項１に記載の探傷方法。
【請求項３】
前記磁場の勾配は、前記材料と常磁性物質との反応を促進させることを特徴とする、請求項１または２に記載の探傷方法。
【請求項４】
前記磁場の勾配は、前記損傷箇所のみならず、前記損傷箇所の周囲にも生じており、前記損傷箇所の周囲にも腐食を生じさせることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の探傷方法。
【請求項５】
前記損傷箇所は、前記材料の内部に生じた亀裂であり、前記亀裂により発生する前記磁場の勾配によって該亀裂に近隣する前記材料表面に腐食を生じさせることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、腐食の制御方法および探傷方法に関し、より詳細には、材料に磁場を加え、任意の位置に、任意の規模の勾配磁場を発生させることにより腐食位置および腐食規模を制御することを可能とする腐食の制御方法に関し、任意の位置に、任意の規模の損傷箇所において発生する勾配磁場によって腐食を生じさせることにより損傷位置および規模を検出することを可能とする探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物の骨格をなす鉄鋼などの金属材料は、その構造的特性から広く応用され、使用されている。しかしながら、金属材料は、空気中の酸素と反応し、錆びるといった欠点を有している。従来においては、金属材料が錆びないようにするため、合金にしたり、酸化しにくい金属、高分子材料または塗料などで金属材料を被覆したり、予め金属材料表面を均一に酸化させて必要以上の腐食を抑制するなどの防食処理がなされている。上述したような防食処理にもかかわらず、被覆した金属材料または予め酸化させた金属材料に小さな欠陥が生じた場合、その小さな欠陥から金属材料の表面が錆びてしまうといった問題が生じている。
【０００３】
また、構造物の骨格をなす金属材料は、応力などにより、時間とともに内部亀裂などを生じ、疲労する。これらの疲労は、構造物の耐久度を下げるとともに、構造物の形状維持が困難となる場合があり、大きな損害や事故を引き起こす要因となっている。したがって、上述した金属材料の疲労度を適宜測定することが重要となっている。従来、金属材料の疲労度を測定する方法としては、ハンマでたたき、音の変化があるか否かを調査する方法が用いられている。さらに詳細に測定する場合には、金属材料を切断し、断面の様子を目視したり、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて観察したり、その他Ｘ線による透過像から内部構造の観察が行われている。しかしながら、損傷箇所が小さい場合には、目視による損傷箇所の検出が困難であり、光学顕微鏡や電子顕微鏡では小さい損傷箇所を検出することは可能であるが、数多くの切断が必要であるといった問題があった。また、Ｘ線を用いる場合、金属材料が厚いとＸ線を透過させるために高出力としなければならず、汎用的とはいえない。さらに、切断面の観察も、一部分だけの形状を評価することができず、全体に損傷がどのように広がっているか判断することが困難であった。上述した金属疲労は、通常、金属表面では観察されない場合が多く、内部からの亀裂により発生するため、発見が遅れることが多い。したがって、内部の亀裂を簡便に探す方法が望まれている。
【０００４】
現在では、超電導コイルを使用することにより強磁場環境を達成することが容易となっている。このため、強磁場を利用した浮上効果、推進力またはエネルギーの蓄積などにおける技術が実用化されている。現実に、超電導磁石などによって強磁場を発生させることにより、超電導磁石などの周辺の磁性材料に影響を及ぼしている。超電導磁石などを使用する強磁場環境においては、従来の棒磁石などの永久磁石において引きつけることができなかった反磁性物質の反発や分子レベルでの常磁性物質を引き寄せるなどの現象が顕著となる。これにより、必要以上に材料表面が活性となり、腐食現象が促進されることが知られている。これは、酸素が常磁性物質であり、強磁場により引き寄せられることと、強く磁性金属材料表面に吸着するために引き起こされるためであると推定されている。
【０００５】
上述した腐食現象の促進は、構造物の耐久度を下げ、構造物の形状を持続させることができなくなる場合があり、大きな損害や事故をもたらす要因となっている。そのため、腐食しない、または、腐食しにくい金属材料を設計することが重要となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上述した問題や課題に鑑み、任意の位置に、任意の規模の勾配磁場を発生させることにより腐食位置および腐食規模を制御し、磁場を用い、損傷箇所に勾配磁場を発生させて積極的に腐食を生じさせることで、材料の損傷位置および損傷規模を容易に検出することを可能とする探傷方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記解決しようとする課題を検討するにあたり、強磁場環境中で発生する磁性金属材料（例えば、炭素鋼）表面の勾配磁場が、超電導磁石のボア内部の磁場強度と比較して強いということに着目してなされたものである。本発明の上記目的は、本発明の探傷方法を提供することによって解決される。
【００１５】
本発明の請求項１の発明によれば、磁性材料に磁場を加え、損傷箇所で前記磁性材料の表面に生成される前記磁場の勾配を使用して常磁性物質である酸素を誘導し、前記磁性材料の表面に形成される腐食を使用して前記磁性材料の前記損傷箇所を検出する、探傷方法が提供される。
【００１６】
本発明の請求項２の発明によれば、前記材料に加えられる磁場の強度は、８Ｔを超えることを特徴とする、探傷方法が提供される。
【００１７】
本発明の請求項３の発明によれば、前記磁場の勾配は、前記材料と常磁性物質との反応を促進させることを特徴とする探傷方法が提供される。
【００１８】
本発明の請求項４の発明によれば、前記磁場の勾配は、前記損傷箇所のみならず、前記損傷箇所の周囲にも生じており、前記損傷箇所の周囲にも腐食を生じさせることを特徴とする探傷方法が提供される。
【００１９】
本発明の請求項５の発明によれば、前記損傷箇所は、前記材料の内部に生じた亀裂であり、前記亀裂により発生する前記磁場の勾配によって該亀裂に近隣する前記材料表面に腐食を生じさせることを特徴とする探傷方法が提供される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明するが、本発明は後述する実施の形態に限定されるわけではない。本発明の腐食の制御方法は、材料に磁場を加え、材料表面に発生させる勾配磁場の位置および規模を変えることにより材料の腐食位置および腐食規模を制御する方法である。
【００２１】
本発明の腐食の制御方法は、磁性金属材料表面に人為的に亀裂を入れ、磁場を加えることにより腐食による錆の発生箇所が亀裂に沿って発生することを見出すことによりなされたものである。本発明では、所定の材料に磁場を加えた環境において、磁場の向きに対して材料を傾斜させることにより、勾配磁場が任意の強度となることを見出した。任意の強度の勾配磁場は、材料の特定の部位、特に磁束線と同じ方向に沿って発生する誘導磁場により、金属材料表面で著しい腐食現象を観察することで見出された。この著しい腐食現象は、強磁場環境において大気中または溶液中に存在する酸素分子が常磁性物質であり、従来の上述した磁石を用いた磁場においては、磁場による吸着現象が顕著でなかったものが、超電導磁石を用いた強磁場環境においては、強磁場と誘導磁場において積算され、より強く金属材料表面に対して反応するために起こるものと推定される。本発明の腐食の制御方法は、特定の部位に任意の強度の勾配磁場を発生させ、上述したように特定の部位の腐食を促進させることで、他の部位は腐食が抑制されることを利用したものである。金属材料の任意の位置に、任意の大きさの傾斜を設けることにより、その任意の位置に、任意の規模の所定の勾配磁場を発生させることができ、腐食位置および腐食規模の制御が可能となる。なお、腐食の規模とは、材料の腐食面積に加え、深さ方向も含めた腐食範囲のことをいう。
【００２２】
また、磁性金属材料表面の傾斜を上述した磁束線の方向に対して直交させる場合には、磁性金属材料表面においてわき上がるような誘導磁場が発生し、磁性金属材料表面への常磁性物質の誘導をはじくような力が発生する。このような現象は、常磁性物質との反応による磁性金属材料の腐食反応を抑制する方向に働くこととなるため、防食効果が現れることとなる。すなわち、強磁場環境において磁性金属材料の腐食現象を応用し、磁性金属材料に任意の傾斜を設けることにより、負の勾配磁場を発生させ、この負の勾配磁場を利用することにより磁性金属材料の腐食を抑制することが可能となる。ここで、負の勾配磁場とは、上記材料に加えられる磁場に対して磁束密度が減少する磁場であって、常磁性物質の誘導をはじく力を発生させる磁場をいう。また、正の勾配磁場とは、上記磁場に対して磁束密度が増加する磁場であって、常磁性物質の誘導を促進する力を発生させる磁場をいう。
【００２３】
本発明の腐食の制御方法は、材料表面に対し負の勾配磁場が発生する規模を正の勾配磁場が発生する規模より大きくすることにより磁性金属材料全体の腐食を抑制することができ、結果として防食を実現させるものである。さらに、正の勾配磁場が発生する部位には、腐食が集中することにより腐食の進行が促進するため、塗料塗布などの上述した従来の防食処理を行うことにより少ない量の表面処理において防食処理を行うことができる。
【００２４】
さらに、本発明においては、強磁場環境に限らず、磁場環境であれば上述した効果を得ることが可能であるため、防食したい部位に任意の磁束線を発生させることにより、長期にわたって自然腐食を抑制することが可能となる。
【００２５】
また、本発明の探傷方法は、材料に磁場を加え、損傷箇所に発生する勾配磁場によって腐食を生じさせることにより材料の損傷位置および損傷規模を検出する方法である。本発明の探傷方法は、上述したように強磁場環境で磁性金属材料表面の腐食を観察するうち、表面に亀裂が入った部分の腐食現象が著しいことを見出すことによりなされたものである。磁性金属材料に存在する亀裂は、磁場が加えられることにより勾配磁場を形成する。勾配磁場は、大気中または溶液中に含まれる酸素分子といった常磁性物質を引きつけ、錆の発生を促進する。錆の発生は、勾配磁場の強度に比例するため、内部に亀裂が存在する場合でも、周囲に向けて勾配磁場を生じ、亀裂に近い表面上に錆を発生させる。この錆は、亀裂の形状に伴って発生するため、錆の発生した形状によりどの位置で、どの規模の亀裂が生じているかを容易に検出することができる。また、本発明においては、強磁場環境ほど顕著な効果を示すため、超伝導材料で作製したコイルを用いた超伝導磁石による強磁場環境が好ましい。また、本発明においては、８Ｔを超える磁場の強度が好ましい。以下の図１〜図３を用いて本発明の探傷方法および腐食の制御方法について詳細に説明する。
【００２６】
図１は、溝を有する材料に磁場を加え、溝によって発生する勾配磁場により腐食が促進されているところを示した図である。本発明においては、材料１は磁性材料、強磁性材料のほか、常磁性物質と反応することにより腐食が促進される材料であればいかなる材料であっても良い。例えば、磁性材料としては、マンガン、クロム、チタン、パラジウム、白金、セリウムからなる材料またはこれらを含む材料を挙げることができる。また、強磁性材料としては、鉄、コバルト、ニッケルからなる材料またはこれらを含む材料を挙げることができる。また、材料１に磁場３を加える装置としては、固体磁石、電磁コイルなどを用いることができる。
【００２７】
また、上述した材料１は、超電導磁石コイルを用いる場合には、コイル内部またはその近傍において発生する磁場環境に収容される大きさであればいかなる形状であっても良い。本発明においては、材料１は、大気中、水溶液中、有機溶媒中のいずれに配置されていても良い。図１に示すように、腐食反応は、勾配磁場が増強される方向に対して顕著に現れ、防食現象は勾配磁場が打ち消される部位において現れることとなる。このように、勾配磁場は、磁場３の向きと材料１にの傾斜とにより発生するものであり、任意の位置に勾配磁場を発生させる場合、材料１に加える磁場３の向きと傾斜とが固定される必要がある。
【００２８】
図１に示す実施の形態では、材料１は、磁性金属材料とされ、材料１の下部表面に設けられた溝２により、溝２が存在する部位において材料１の厚さが異なっている。材料１の表面に対して直交するように磁場３がかけられ、溝２の部位において勾配磁場が発生する。一般に、図１に示すように矢線Ａの方向に向けて磁場３がかけられると、溝２の部位において正の勾配磁場が発生し、磁場３の向きと平行な材料表面においては、負の勾配磁場が発生する。この場合、材料１の溝２において強い誘導磁場が発生し、溝２が深くなるにつれて磁場強度が増強される。これにより、溝２の頂点部分においては、頂点の周辺より多くの常磁性物質が集まり、より多くの錆５の発生を伴う腐食反応が促進する。溝２の頂点部分において腐食反応が進行するに伴い、材料１の厚さ方向、すなわち溝２の頂点部分から材料１の上面４に向けて腐食反応が進行し、材料１の上面４においても錆５が発生する。これに反して、溝２が存在しない部位においては、錆５の発生を伴う腐食反応が進行せず、錆５が発生しにくくなる。
【００２９】
本発明においては、材料１に磁場３を加え、錆５の発生を伴う腐食反応が促進している部位を検出することにより、材料１のどの部位に、どのくらいの規模の溝２または亀裂などを生じているのかを検出することが可能となる。これにより、亀裂などを生じた疲労金属材料に磁場を加えることで、上述したように錆５を伴う腐食反応を起こさせ、非破壊で、短時間に、かつ材料全体において腐食パターンや腐食量を検出することができる。
【００３０】
図１に示すように材料表面に溝２が存在し、溝２が小さい場合、材料１の全体において負の勾配磁場が生じていれば、溝２において正の勾配磁場を生じていても腐食が生じないことを見出した。これは、負の磁場勾配が材料１の全体を支配し、微小領域において発生する正の勾配磁場が打ち消されてしまうことによるものである。すなわち、負の勾配磁場が材料の表面のみならず、表面に近隣した空間部分にも生じていて、溝２における正の勾配磁場が発生して腐食が促進される部位に近隣した空間部分も負の勾配磁場に覆われることにより腐食が抑制されるためである。この場合、負の勾配磁場の強度が溝２において発生する正の勾配磁場の強度に比べて大きいのであれば溝２における腐食反応を抑制し、腐食の発生をなくすことができる。材料１の全体として強い負の勾配磁場が存在する場合、材料表面に発生する正の勾配磁場は、負の勾配磁場を超える磁場でなければ腐食が観察されないこととなる。逆に、材料１に生じた亀裂などを探す場合には、負の勾配磁場の強度に比べて正の勾配磁場が大きい方が腐食反応を促進して、より明確に損傷箇所を検出することが可能である。
【００３１】
本発明においては、正の勾配磁場を発生させ、錆５の発生を伴う腐食反応を促進させる部位においては、錆止めなどの塗料を塗布することにより防食することができる。本発明において塗料は、腐食反応を抑制することができるものであればいかなるものであっても良く、例えば、クロム酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩などにより保護被膜を形成するもの、アミン類、チオ尿素類、石油スルホン酸塩、ソルビタンモノオレイン酸エステル、金属セッケンなどの防錆剤および腐食防止剤を用いることができる。また、材料１の溝２においては、加えられる磁場の強度により発生する勾配磁場が変化し、特に８Ｔを超える強磁場において顕著に現れることを見出した。
【００３２】
図２は、内部に穴６が設けられた材料１に磁場３を加え、穴６によって発生する勾配磁場により腐食が促進しているところを示した図である。図２に示す穴６は、矢線Ｂに示す磁場３の向きに対して垂直となる奥行き方向に延びている。図２において穴６は、奥行き方向に同じ形状、大きさの穴とされている。図２の場合も図１と同様に、内部に設けられた穴６が存在する部位において、他の部位とは異なる材料１の厚さとなっていて、穴６が存在する部位に勾配磁場が発生する。矢線Ｂに示す方向に向けて磁場３がかけられると、材料１の穴６が存在する部位において強い誘導磁場が発生し、穴６に常磁性物質が集合する。また、材料１の穴６において腐食反応が促進して錆５を発生させ、穴６が存在する材料１の上面４および下面に進行することにより、上面４および下面においても錆５が発生する。このように、材料１の上面４および下面において錆５の発生を確認することにより材料１の内部に穴６が存在することを検出することができる。図２に示すように材料１の内部に穴６が存在する場合において、穴６において正の勾配磁場が発生しても、穴６から材料１の上面４および下面といった表面まで充分な距離がある場合には、正の勾配磁場が減衰され、表面において腐食が現れなくなる。図２に示すように穴６の形状とされた錆５を発生させることにより損傷位置および形状を容易に検出することができる。
【００３３】
図３は、上面４および下面７に凹凸を有するねじ状の表面を形成した材料１に磁場３を加え、勾配磁場を任意に発生させることにより腐食位置を制御しているところを示した図である。図３に示す材料１は、磁性材料とされていて、上面４および下面７に凹凸を有するねじ形状とされている。また、図３においては、矢線Ｃに示す方向に磁場３が加えられている。図３に示す実施の形態では、材料１の上面４および下面７の溝となる凹部において誘導磁場が発生し、特に凹部の頂点部分８に向けて磁場強度が増加する。これにより、凹部の頂点部分８に常磁性物質が集合し、頂点部分８における腐食が促進されて錆５を生じる。図３に示す実施の形態では、凹部の頂点部分８以外の部分においては、腐食が進行せず、材料全体として腐食を抑制することができる。また、本発明において腐食が促進される頂点部分８は、図３に示す磁場３を加える前に予め上記塗料を塗布することにより防食することができる。このように、腐食が促進される部分に防食処理を施すことにより材料１の全体強度を維持することができる。
【００３４】
上述したように溝２や穴６を有する材料１に磁場３を加えることにより、勾配磁場を発生させ、材料表面に発生する錆５の形状により溝２や穴６の存在、形状などを容易に検出することができる。また、上述したように磁場３の向きと材料１の表面形状とによって材料１の表面で発生する勾配磁場の位置および規模を制御することができ、それにより腐食位置および腐食規模を制御することが可能となる。また、腐食位置および腐食規模を制御し、特定の位置および規模の腐食を発生させることで、その他の部位においては防食することができる。さらに、特定の位置および規模の腐食を発生させる部位においては、磁場３を加える前に予め防食処理することにより材料全体を防食することができる。
【００３５】
（実施例１）
図１に示すような形状の炭素鋼を用い、図１に示すように下面にＶ字形の溝２を設け、図１の矢線Ａに示す方向に向けて磁場３をかけることができる超電導磁石などを用いて１０Ｔの磁場３を４時間印加した。磁場３は、炭素鋼材料の上面および下面に平行となるように加えた。図４は、上述したように１０Ｔの磁場３を４時間印加した後の炭素鋼９の上面４を示した図である。上述したように、溝２において正の勾配磁場を発生し、腐食反応を促進させることで、炭素鋼９の溝２が存在する部位の上面４において明確な腐食である錆５を確認することができた。
【００３６】
（実施例２）
磁性金属材料として矩形の炭素鋼を用い、中央に幅５ｍｍ、深さ５ｍｍのＶ字形の溝２を設け、矢線Ｄに示す方向から１０Ｔの磁場３を２５℃の雰囲気温度で１８時間印加した。図５は、上述したように１０Ｔの磁場３を１８時間印加した後の炭素鋼９の上面４および下面７を示した図である。図５（ａ）は、上面４を示した図であり、図５（ｂ）は、下面７を示した図である。上述した実施例１と同様に、溝２において勾配磁場が発生し、溝２において錆５の発生を伴う腐食反応が促進されていることを確認することができた。また、溝２の深い部位において腐食反応が進行し、図５（ｂ）に示す下面７において錆５の発生を伴う腐食反応が進行していることを確認することができた。図５（ａ）に示す溝７の中央部分において炭素鋼９の厚さが最も薄くなっており、中央部分において腐食反応が最も促進され、図５（ｂ）に示すように炭素鋼９の下面７にまで腐食が進行していることを見出すことができた。
【００３７】
（実施例３）
図２に示すような形状の炭素鋼を用い、図２に示すように内部に穴６を設け、図２に示す方向から磁場３をかけることができる装置を用いて１０Ｔの磁場３を２５℃の雰囲気温度で１８時間印加した。図６は、上述したように１０Ｔの磁場３を１８時間印加した後の炭素鋼９を示した図である。上述したように、２つの穴６において勾配磁場が発生し、腐食反応を促進させることで、炭素鋼９の穴６が存在する部位の上面４において明確な腐食である錆５を確認することができた。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように、本発明の腐食の制御方法を提供することにより、任意の位置および規模の勾配磁場を発生させることができ、任意の位置に、任意の規模の腐食を生じさせることが可能である。これにより、負の勾配磁場を有効に利用して材料表面の腐食の要因となる常磁性物質を排除し、腐食反応を抑制することが可能となる。
【００４１】
本発明の探傷方法を提供することにより、損傷箇所の存在、形状、腐食量などを容易に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  溝を有する材料に磁場を加え、溝によって発生する勾配磁場により腐食が促進されているところを示した図。
【図２】  内部に溝が生じた材料に磁場を加え、溝によって発生する勾配磁場により腐食が促進しているところを示した図。
【図３】  上面および下面に凹凸を有するねじ状の表面を形成した材料に磁場を加え、勾配磁場を任意に発生させることにより腐食位置を制御しているところを示した図。
【図４】  １０Ｔの磁場を４時間印加した後の炭素鋼を示した図。
【図５】  １０Ｔの磁場を１８時間印加した後の炭素鋼の上面および下面を示した図。
【図６】  １０Ｔの磁場を１８時間印加した後の別の形状を有する炭素鋼を示した図。
【符号の説明】
１…材料
２…溝
３…磁場
４…上面
５…錆
６…穴
７…下面
８…頂点部分
９…炭素鋼
【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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