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あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2012

研究論文

交流インピーダンス法による高耐食性塗膜の耐食性評価
小 林 弘 明 ＊ 1、 山 口 敏 弘 ＊ 2、 林直 宏 ＊ 1、 片 岡 泰 弘 ＊ 1

Corrosion Resistance Evaluation of High Corrosion Resistance Paint Films
by Electrochemical Impedance Method
Hiroaki KOBAYASHI ＊ 1 ， Toshihiro YAMAGUCHI ＊ 2 ， Naohiro HAYASHI ＊ 1and Yasuhiro KATAOKA ＊ 1
Industrial Research Center ＊ 1
通常、塗装試験片の耐食性を評価する場合、劣化促進試験後に目視によって評価する。しかし目視では定性的評価となる等の問題点がある。そこで水性および油性フタル酸樹脂塗装試験片の定量的な耐食性評
価法として、交流インピーダンス法を適用した。その結果、塗料の溶媒や塗布回数にかかわらず交流インピーダンス法によって測定されるインピーダンスから耐食性を定量的に評価できることがわかった。

１．はじめに鋼板への塗装は、㈱I.P.S.コーポレーションの協力によ防食法の内、最も利用されているのが塗装であり、わって行われた。

表１が国の年間腐食対策費用の約 60％を塗装が占めている塗装仕様を評価する。従来から行われている目視評価の問題点と記号
WF1
WF2OF1

塗料
水性フタル酸樹脂
水性フタル酸樹脂
油性フタル酸樹脂

塗布回数
2回
4回
2回

膜厚μm4510040

して、主観的な評価であることや定性的な評価であるこOF2

油性フタル酸樹脂

4回1001)。塗装の耐食性を評価する場合、劣化促進試験が行われる。通常、劣化促進試験後は目視によって塗膜の状態と等があげられる。

2.2 塗膜評価試験

このようなことから近年の高耐食性塗膜を、定量的か

2.2.1 塗装試験片の機械的性質－鉛筆硬さ試験

つ客観的に短期間で評価する手法の開発が望まれている。

JIS K 5600-5-4 引っかき硬度（鉛筆法）に従って、そこで我々は、これまで水性エポキシ樹脂塗装試験片に各塗装試験片の鉛筆硬度を評価した。本研究では、凝集ついて、交流インピーダンス法による評価の有効性につ破壊の生じなかった最も硬い鉛筆の硬度を、当該塗装試いて検討を行ってきた

2)3)。

験片の鉛筆硬度とした。

本研究では、水性および油性フタル酸樹脂塗装試験片を対象として、まず各塗装試験片の機械的性質を調査し2.2.2 塗装試験片の機械的性質－付着性試験
JIS K 5600-5-6 付着性（クロスカット法）に従って、た。さらに各塗装試験片について劣化促進試験を行い、各塗装試験片の付着性を評価した。カットの間隔は、一定時間ごとに交流インピーダンス法と目視による評価

WF1 と OF1 は 1mm、WF2 と OF2 は 2mm として試を実施し、両者の相関関係を明らかにすることを目的と験を行った。表２に示す判定基準に従い評価した。

して研究を行った。

表２２．実験方法
2.1 塗装試験片の作製
表１に実験に用いた塗装仕様を示す。屋外鋼構造物等に適用可能な水性フタル酸樹脂塗料 2 仕様と油性フタル酸樹脂塗料 2 仕様の合計 4 仕様を作製した。
90×60×0.8mm のみがき鋼板（SPCC-B）を用い、前処理としてスチーム洗浄後、エアスプレー法で塗装したものを塗装試験片とした。なお、塗料の提供およびみがき＊

1 産業技術センター

金属材料室

＊

2 産業技術センター

付着性判定基準

分類
判定基準
0 カットの縁が完全に滑らかで、どの格子の目にもはがれがない。
1 カットの交差点における塗膜の小さなはがれ。
2 塗膜がカットの縁に沿って、又は交差点においてはがれている。
塗膜がカットの縁に沿って、部分的又は全面的に3 大きなはがれを生じており、及び目のいろいろな部分が、部分的又は全面的にはがれている。
塗膜がカットの縁に沿って、部分的又は全面的に4 大きなはがれを生じており、及び数か所の目が部分的又は全面的にはがれている。
5 はがれの程度が分類4を超える場合。

金属材料室（現産業労働部産業科学技術課）

72.2.3 塗装試験片の長期耐久性－耐中性塩水噴霧性

る主な防錆機能は、遮断機能と付着機能である 5） 。遮JIS K 5600-7-1 耐中性塩水噴霧性に従って、各塗装断機能とは、水分等の腐食因子が素地鋼板に達するのを試験片について塩水噴霧試験を実施した。一定時間ごと防ぐ機能である。付着機能とは、腐食因子が塗膜と素地に表３に示した基準に従って目視評価を行った。また、鋼板の界面に到達後に発生する電気化学反応にともなう同時に交流インピーダンス法によるインピーダンスを測腐食生成物の発生を抑制する機能である。このため遮断定した。図１に実験装置の模式図を示す。本研究では、機能および付着機能が優れているほど、耐食性に優れて10mV の交流電圧を重畳し、周波数を 10mHz～20kHzいるといえる。本研究では付着性について水性塗膜と油まで変化させたときのインピーダンスを測定した。電極性塗膜で有意差は認められなかったことから、両者の耐は作用極(WE)に塗装試験片を接続し、参照極(RE)とし食性の優劣は遮断機能のみに起因していると考えられる。て銀－塩化銀電極、対極(CE)として白金メッシュ電極

表５記号分類を使用した。電解液としては、溶存酸素濃度を飽和させた 5%塩化ナトリウム水溶液を使用した。目視評価およびインピーダンス測定面積は塗装試験片中心部の

(a)

WF11

付着性試験結果
WF21(b)OF11(c)OF21(d)450mm2 とした。
表３

塗膜劣化程度の等級表

等級

変化の程度

図２0

認められるような変化がない。

1

やっと認められる程度の変化。

2

明らかに認められる変化。

3

非常にはっきりと認められる変化。

4著しい変化。

5

激烈な変化。

付着性試験後の塗装試験片表面写真(a)WF1(b)WF2(c)OF1(d)OF2

3.3 塩水噴霧試験結果表６および図３に WF1 の塩水噴霧試験時間経過ごとの目視評価結果および塗装試験片表面写真を示す。これより、試験開始後 96 時間までは塗装試験片の表面に劣

RE:Ag-AgCl電極
5%NaCl溶液

CE:Pt電極化は全く認められず試験開始後 120 時間で、明らかに認められる劣化が生じていることがわかる。図４に

PCWF1 の塩水噴霧試験時間ごとのインピーダンス測定結果を示す。試験開始後 96 時間までは試験開始前のイン電気化学測定装置塗膜ピーダンススペクトルから変化していないことがわかる。

（ポテンシォスタット＋FRA）

WE:塗装試験片

試験開始後 120 時間ではインピーダンススペクトルが実験装置模式図大きく変化しており、各測定周波数領域において、イン

図１ピーダンス値が 2 桁以上低下していることがわかる。

３．実験結果および考察

この傾向は低周波数領域において顕著に表れていること

3.1 鉛筆硬さ試験結果

から、塗膜のイオン移動抵抗が大きく低下したと考えら

表４に各塗装試験片の鉛筆硬さ試験結果を示す。鉛れる。

筆硬さには、塗膜の厚みによる差はなく、WF1、WF2

油性塗料により作製した塗装試験片の方が硬い塗膜とな目視評価結果（塗装仕様：WF1）

試験時間h
劣化の程度

ともに鉛筆硬度 B、OF1、OF2 ともに鉛筆硬度 2H であった。水性塗料と油性塗料では鉛筆硬度に差があり、

表６00(a)

(b)

(d)

(e)

48096012021444(c)ることがわかった。なお、一般的な塗膜の鉛筆硬さとしては、H～2H が求められている 4） 。
表４記号
鉛筆硬さ

WF1
B

鉛筆硬さ試験結果
WF2B

OF12H

OF22H

3.2 付着性試験結果
表５に付着性試験結果を示す。また図２に付着性試
験後の塗装試験片表面写真を示す。全ての塗装試験片に

図３

塩水噴霧試験時間ごとの塗装試験片表面写真

ついて、小さなはがれが生じており、各塗装仕様による（塗装仕様：WF1、点線内部：インピーダンス測定箇所）

付着性試験結果に有意差は認められなかった。塗膜によ(a)0 時間(b)48 時間(c)96 時間(d)120 時間(e)144 時間

8

あいち産業科学技術総合センター 研究報告 2012
90h48h96h120h144h87log ( |Z| /Ω )65開始後 336 時間まで塗装試験片表面に劣化は全く認めおけるインピーダンス測定結果を示す。288 時間までは3試験開始前のインピーダンススペクトルと変わらないが、21336 時間後では低周波数領域におけるインピーダンが約-101234log ( f /Hz )図４の目視評価結果および塗装試験片表面写真を示す。試験られない。図８に塗装試験片の各塩水噴霧試験時間に

40-2

表８および図７に OF1 の塩水噴霧試験時間経過ごとインピーダンス測定結果（塗装仕様：WF1）

1 桁低下していることがわかる。これより、油性塗装試
験片でも塗膜劣化の兆候をインピーダンスによって検知

表７および図５に WF2 の塩水噴霧試験時間経過ごとできることがわかる。の目視評価結果および塗装試験片表面写真を示す。試験

表８開始後 192 時間までは塗装試験片表面の劣化は全く認められない。図６に塗装試験片の各塩水噴霧試験時間におけるインピーダンス測定結果を示す。168 時間まで

目視評価結果（塗装仕様：OF1）
0 144 288 336
0000

試験時間h
劣化の程度

(a)

(b)

(c)

は試験開始前のインピーダンススペクトルから変化していないことがわかる。192 時間後ではインピーダンススペクトルが 2 桁以上低下していることがわかる。WF2
では、目視では劣化が認められなかった 192 時間で、(d)インピーダンススペクトルが大きく低下している。これより早期に塗膜劣化の程度を評価するという観点から、目視評価と交流インピーダンス法を比較すると、膜厚の厚い塗装試験片において交流インピーダンス法による評価に優位性があることがわかる。
表７ 目視評価結果（塗装仕様：WF2）試験時間h 096 168 192000
劣化の程度 0(b)(c)(a)

図７

塩水噴霧試験時間ごとの塗装試験片表面写真（塗装仕様：OF1、点線内部：インピーダンス測定箇所）(a)0 時間(b)144 時間(c)238 時間(d)336 時間
90h144h288h336h87log ( |Z| /Ω)

6(d)

5432
10-2-101234log ( f /Hz)

図８
図５

塩水噴霧試験時間ごとの塗装試験片表面写真

インピーダンス測定結果（塗装仕様：OF1）

表９および図９に OF2 の塩水噴霧試験時間経過ごと（塗装仕様：WF2、点線内部：インピーダンス測定箇所）の目視評価結果および塗装試験片表面写真を示す。試験(a)0 時間(b)96 時間(c)168 時間(d)192 時間

開始後 748 時間までは塗装試験片表面の劣化は全く認

90h
96h168h192h87log ( |Z| /Ω)

5変わらないことがわかる。748 時間後ではインピーダン4ススペクトルが試験前と比較して、低周波数領域におい3て 2 桁以上低下していることがわかる。WF2 の場合と21同様に、膜厚の厚い塗装試験片において、交流インピー-101234log ( f /Hz)

図６間におけるインピーダンス測定結果を示す。592 時間までは試験開始前のインピーダンススペクトルとほとんど60-2められない。図１０に塗装試験片の各塩水噴霧試験時

インピーダンス測定結果（塗装仕様：WF2）

ダンス法は目視と比較して早期に塗膜劣化の兆候を検知できることがわかる。

9(a)いるのに対して、油性塗装試験片では緩やかにインピー表９ 目視評価結果（塗装仕様：OF2）
試験時間h0 592 748 909 10230024劣化の程度 0(b)(c)

ダンスが低下している。この原因としては、塗装試験片の硬度の違いが影響していると考えられる。つまり、塗膜硬度が硬いことによって、塗膜下における腐食生成物の発生を抑えられると思われる。

(d)４．結び(e)

劣化促進試験後に行われる目視評価に代わる定量的、客観的評価技術の開発を目的として、交流インピーダンス法による評価について検討した。本研究では水性および油性フタル酸樹脂塗装試験片を用い、塗装試験片の機

図９

塩水噴霧試験時間ごとの塗装試験片表面写真（塗装仕様：OF2、点線内部：インピーダンス測定箇所）

械的特性と長期耐久性について試験を行った。本研究の結果をまとめると、以下のとおりである。

(a)0 時間(b)592 時間(c)748 時間(1) 鉛筆硬さ試験の結果、水性塗装試験片は鉛筆硬さ B、(d)909 時間(e)1023 時間

油性塗装試験片は鉛筆硬さ 2H であった。塗装試験

98

片の膜厚による鉛筆硬さに差は認められなかった。

7(2) 塗装試験片の防錆機能のひとつである付着機能の性

log ( |Z| /Ω)

6能を評価するため付着性試験を実施した結果、水性5および油性塗装試験片で有意差はなかった。

43210-2(3) 水性および油性塗装試験片についてそれぞれ塩水噴0h592h748h909h1023h

霧試験を行い、目視評価と交流インピーダンス法による評価の経時変化を求めた。その結果、油性塗装-101234

試験片は水性塗装試験片と比較して耐食性に優れてlog ( f /Hz)インピーダンス測定結果（塗装仕様：OF2）いることが明らかとなった。この原因としては、油図１１に各塗装試験片のインピーダンス(f=200Hz)と性塗装試験片では水性塗装試験片と比較して、腐食図１０

塩水噴霧試験時間の関係を示す。

因子遮断機能が優れているためであることが示唆さ

まず水性および油性塗装試験片を比較すると、後者のれた。また、1 回塗りと 2 回塗りを比較すると後者方が長時間にわたり高インピーダンスを維持しており、の方が、交流インピーダンス法で評価することによ耐食性に優れていることがわかる。これは、水性よりもり、目視よりも早期に塗膜劣化の兆候を定量的に検

油性塗装試験片の方が、水分や塩化物イオン等の腐食因知できることが明らかとなった。

子遮断機能が優れているためだと考えられる。
次に 1 回塗りと 2 回塗りを比較すると、2 回塗りでは、謝辞

1 回塗りよりも塩水噴霧試験前のインピーダンスが高い

本研究に用いた塗装試験片の作製にあたり㈱I.P.S.コことがわかる。これよりインピーダンスから塗膜の膜厚ーポレーションにご協力いただきました。ここに深く感の差を検知できることがわかる。

謝いたします。

また、塩水7噴霧試験時間なうインピーダンスの挙動について着目すると、水性塗装試験片では急激なインピーダンスの低下が生じてlog ( |Z| /Ω) ( f = 200/Hz)の経過にとも文献

61） 柴田：防錆管理，45(10)，351(2001)52） 小林，山口，林，片岡：愛知県産業技術研究所研究

4報告，10，38(2011)32

WF1WF2
OF1OF2100100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

塩水噴霧試験時間/h

図１１

塩水噴霧試験時間におけるインピーダンスの経時変化

3） 小林，山口，林，片岡，黒澤：表面技術協会第 125回講演大会講演要旨集，P2(2012)4） 穴沢，佐藤：岩手県工業技術センター研究報告，
14，114(2007)
5） 腐 食 防 食 協 会 編 ： 腐 食 ・ 防 食 ハ ン ド ブ ッ ク ，P437(2000)，丸善