プレゼン資料

腐食と電気防食
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腐食とは何か？
金属材料は金や白金などの一部の貴金属を除き，自然界にそのままの状態で存在するものではありません。多くは酸化物や硫化物の形で存在する鉱石から製造して得られるものです。鉄の場合は鉄鉱石を原料として精錬することにより製造されます。これは化学的には，鉱石中から酸素を取り除き金属を分離する作業であり，それにはかなりのエネルギーを必要とします。製造の際に使用したエネルギーの一部は，そのまま金属材料自身の中に蓄えられます。そのため，一般に金属

写真1 赤鉄鉱(Fe2O3)

材料は常にエネルギーが高い状態で存在することになります。
自然界ではエネルギーの高い状態から低い状態へCO2と変化します。鉄鋼材料はその内部エネルギーを放出

C（精錬）
還元反応

し，再び元の鉄鉱石へと戻る変化を起こします。これがエネルギーの山

鉄O2 , H2O（腐食）酸化反応

OH－金属の腐食反応です（図1）。人の手によって精錬された鉄鋼が，自然にあるべき安定した酸化鉄＝“さび”に鉄鉱石戻ろうとする反応は，金属側からすれば当然の成り行

さび
図１

鉄鉱石からさびへの変化

きなのです。
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腐食形態の分類-2-

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腐食のしくみ① ～異種金属腐食～鉄板(Fe)と銅板(Cu)を水中に浸漬し電線でつなぎました。

水(H2O)

このとき起こる反応について考えます。

鉄板(Fe)

銅板(Cu)-3-

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腐食のしくみ② ～イオン化傾向～

どちらも、金属イオン(Mn+)と電子(ne-)に分かれる反応が起こりますが、金属の種類の違いにより、反応の起こりやすさが異なります。

＝Fe ←→ Fe2+ ＋ 2eCuに比べてイオン化しやすい

鉄板(Fe)

ｲｵﾝ化傾向Cu → Cu2+ ＋ 2e←

銅板(Cu)

Feに比べてイオン化しにくい

PtAgCuHPb

SnNiFeZnAlMg

NaCaＫ

イオン化し易い金属
卑金属

イオン化し難い金属
貴金属-4-Copyright（C） NAKABOHTEC 2015 All Rights Reserved.

腐食のしくみ③ ～腐食電流の発生～

e- →e- →e- ↑水(H2O)

電流e- Fe2+e- Fe
2+e- e- Fe

↓e-2+

腐食電流

e- e- e- Fe2+
Fe2+eee- Fe2+ee- ee- 2+Fe2+
FeeFe2+Fe2+2+Fe2+Fe

Fe：金属内部のｴﾈﾙｷﾞｰが高い
Fe → Fe2+ ＋ 2e-

Cu2+e-Feの方が金属内のｴﾈﾙｷﾞｰが大きいため、自然に電子（ｅ-）は電線を通ってCuの方に流れ出します。

eCu2+

その結果、腐食電流が発生します。

ee-Cu2+e-Cu2+

Cu：金属内部のｴﾈﾙｷﾞｰが低い
Cu → Cu2+ ＋ 2e-5-

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腐食のしくみ④ ～腐食反応～e- ↑水(H2O)

↓e-

電流

Fe2+2+
e- Fe2+e- e- Fe
e-Cu2+
腐食電流 ←OH－←OH－
e- e- e- Fe2+
Cu2+2+－Fe←OH
ee- Fe(OH)2e- Fe2+
eCu2+－e←OHe←OH－2+eFe
Fe2+
eFe2+
Cu2+2+
Fe2+ Fe2+Feeeeee-

このとき、左記の反応がそれぞれの金属表面で起こります。
この反応の総和が腐食反応となりサビが出来ます。
酸化反応：Fe → Fe2+ ＋ 2ｅ－
還元反応：H2O＋1/2O2＋2ｅ－ → 2(OH)－
Fe＋H2O＋1/2O2 →Fe(OH)2
サビ

酸化反応/ｱﾉｰﾄﾞ反応：Fe → Fe2+ ＋ 2ｅ－

還元反応/ｶｿｰﾄﾞ反応：H2O＋1/2O2＋2ｅ－ → 2(OH)－（金属がイオンとなって溶解し電子を作り出す反応）（流れてきた電子を消費する反応）-6-Copyright（C） NAKABOHTEC 2015 All Rights Reserved.

腐食のしくみ⑤ ～腐食の大きさ～e- →↑e-e- →電流↓ e-O2水(H2O)O2

腐食電流

O2O2O2Fe(OH)2O2

陽極部

陰極部

腐食反応の大きさは酸化反応と還元反応が吊り合った速度で進行するた
め、どれだけ、Feが溶解する酸化反応が大きいか？ではなく、還元反応がどれだけ進行するか？が支配的となります。
ここで還元反応の速度を律するのはO2の拡散速度になります。

酸化反応/ｱﾉｰﾄﾞ反応：Fe → Fe2+ ＋ 2ｅ－O2の拡散速度に律速される
還元反応/ｶｿｰﾄﾞ反応：H2O＋1/2O2＋2ｅ－ → 2(OH)－
Fe＋H2O＋1/2O2 →Fe(OH)2-7-

陰極支配型の腐食

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自然腐食 ～ミクロセル腐食～

鉄（SS）の表面は通常、結晶構造や組織の不均一，表面の傷や付着物，内部の歪みなどによって－側の卑電位（陽極部）と＋側の貴電位（陰極部）が生じます。
これに酸素（O2）と水（H2O）が供給されて腐食（自然腐食）を起こします。
Fe→Fe2+＋2e-， Fe2+＋2OH-→Fe(OH)2
H2O+1/2O2＋2e→2OH-＋＋－＋－Ｆｅ++
電 解 質（水・土壌）

Ｈ＋卑電位
（陽極）

Ｆｅ++
ＯＨ­

－２ｅ- 貴電位 ２ｅ鉄-8-鋼（陰極）Copyright（C） NAKABOHTEC 2015 All Rights Reserved.

電位差による腐食 ～マクロセル腐食～《異種金属接触腐食》《通気差腐食》
土中

電解質中

粘土(酸素少ない)＝電位卑砂(酸素多い)＝電位貴(-700mV)(-500mV)

腐食

腐食

鋼材

SUS

(-600mV)(-100mV)

鋼材＊金属材料の材質の違いによる電位差を起電力として腐食電池が形成

鋼材＊酸素の濃淡による電位差を起電力として腐食電池が形成-9-

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電気防食の原理 ～流電陽極法～

e- ←e-↓

e- ←電流水(H2O)

eee- ee- e- eeeee- eeee-陰極部
Fe：腐食が抑制される

防食電流↑ e-Al3+e- ee- ee- e- ee- eee ee- e- e- ee e- ee- e- eee- e- e- e
e- ee
e-

Al3+
Al3+
Al3+-

前述のモデルにおいて、鉄よりも卑な金属（自然電位がﾏｲﾅｽに大きい金属）を鋼材に取り付けることにより、鋼材が陰極となり腐食が防止されます。
この原理を応用したものが『電気防食法』です。
右図は、アルミニウム合金陽極により鉄を防食しているモデルです。

陽極部
Al：防食電流を供給しながら溶解する
流電陽極（鋼材の犠牲になることから犠牲陽極ともいう）- 10 -

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電気防食法の原理①①流電陽極方式
防食対象にアルミニウム合金、亜鉛合金またはマグネシウム合金等の陽極を接続し、電位差を利用して防食する方法。
eＡｌＦｅe-

防食電流

e-Al3+- 11 -Copyright（C） NAKABOHTEC 2015 All Rights Reserved.

電気防食法の原理②②外部電源方式
不溶性電極と直流電源装置を設け、受電した交流入力を防食に有効な直流電流に変換して、電極から防食電流を供給する方法。
直流電源装置

Ｐｔ系など

Ｆｅ

防食電流

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