ガルバニック腐食と金属加工における防食技術

ガルバニック腐食と金属加工

ガルバニック腐食のメカニズムと金属加工への影響

ガルバニック腐食は、異なる種類の金属が接触した状態で、水分などの電解質が存在する環境に置かれたときに発生する現象です。この腐食現象は、金属のイオン化傾向（電位差）に基づいて発生します。

 

イオン化傾向とは、金属が電子を放出して陽イオンになろうとする性質です。イオン化傾向の大きい順に金属を並べたものを「イオン化列」と呼びます。一般的なイオン化列は以下のようになります。

 

• カリウム > カルシウム > ナトリウム > マグネシウム > アルミニウム > 亜鉛 > 鉄 > ニッケル > 錫 > 鉛 > （水素）> 銅 > 水銀 > 銀 > 白金 > 金

この列で上位に位置する金属ほどイオン化傾向が大きく、電子を放出しやすいため「卑金属」と呼ばれます。逆に下位の金属は「貴金属」と呼ばれ、電子を受け取りやすい性質があります。

 

実際の金属加工の現場では、ガルバニック腐食は以下のような影響をもたらします。

 

• 製品寿命の大幅な低下

 

• 構造強度の劣化による安全性の低下

 

• 表面の腐食による美観の損失

 

• 精密部品の寸法精度の低下

 

• 電気的特性の変化による機能不全

特に注意が必要なのは、腐食速度が単一金属の場合と比べて著しく速くなることです。例えば、アルミニウムと銅が接触した場合、アルミニウム単体よりも腐食速度が数十倍に加速することもあります。

 

異種金属接触による腐食事例と対策方法

実際の製造現場や実用環境でのガルバニック腐食事例を見ていきましょう。

 

事例1：炭素鋼とステンレス鋼の接触
炭素鋼製の配管にステンレス鋼製のボルト・ナットを使用した場合、水分の存在下で炭素鋼（卑金属）側の腐食が急速に進行します。これは炭素鋼とステンレス鋼の電位差が大きいためです。

 

対策。

 

• 絶縁体（プラスチックワッシャーなど）を異種金属間に挿入

 

• 炭素鋼側に防食塗装を施す

 

• 同種金属または電位差の小さい金属の組み合わせに変更

事例2：アルミニウムと銅部品の接合
電子機器や航空機部品などでアルミニウム合金と銅部品が接触する場合、湿度の高い環境ではアルミニウム側が著しく腐食します。

 

対策。

 

• アルマイト処理によるアルミニウム表面の保護

 

• 接触部への防水シーリング処理

 

• 電位差を緩和する中間金属の挿入

事例3：亜鉛めっき鋼板と銅配管の近接設置
建築設備で亜鉛めっき鋼板と銅配管が近接している場合、降雨や結露によって亜鉛めっき層が急速に劣化することがあります。特に注意すべきは、直接接触していなくても、電解質（水）を介して「遠隔ガルバニック腐食」が発生する点です。

 

対策。

 

• 物理的な隔離（十分な距離の確保）

 

• 電気的絶縁材料による遮断

 

• 銅配管側への適切な被覆処理

これらの対策を実施する際には、使用環境や製品のライフサイクル、コスト、メンテナンス性など、総合的な観点から最適な方法を選択することが重要です。

 

金属加工における絶縁処理の重要性と技術

ガルバニック腐食対策として、異種金属間の絶縁処理は非常に重要です。絶縁処理とは、異なる金属間の電気的な接触を遮断し、電子の移動を防ぐことで腐食サイクルを断ち切る技術です。

 

絶縁処理の基本原理
絶縁処理は、「ガルバニック腐食の現象を発生させないために電流が流れる回路を遮断するもの」と定義されます。つまり、異種金属間での電子の移動を物理的に阻止することが目的です。

 

絶縁処理の主な方法

 

1. 絶縁フランジ接合：配管接続部において、絶縁コートフランジ(CF)とラップ付短管(LT)、絶縁パッキンを組み合わせて絶縁する方法[1]

 

2. 絶縁ボルト・ナット：接合部のボルト・ナットに絶縁コーティングを施したものを使用する方法[1]

 

3. 絶縁ユニオン：小径サイズの配管接続部において、専用の絶縁継手を使用する方法[1]

 

4. 絶縁ワッシャー：金属間にプラスチックや樹脂製のワッシャーを挿入する方法

 

5. 絶縁テープ・シート：接触部を絶縁テープやシートで覆う方法

絶縁材料の選定ポイント
絶縁材料を選定する際には、以下の点を考慮することが重要です。

 

• 耐熱性：使用環境の温度範囲に適合していること

 

• 耐薬品性：化学物質にさらされる環境での耐性

 

• 機械的強度：荷重や振動に耐えられること

 

• 経年劣化：長期間の使用に耐えられること

 

• 寸法安定性：膨張・収縮が少ないこと

特に配管系統での絶縁処理においては、流体の温度や圧力、化学的性質に応じた適切な絶縁材料の選定が重要です。例えば高温用途ではPTFE（テフロン）やセラミック材料、低温・低圧用途ではナイロンやポリエチレンなどが使用されます。

 

ダイキン工業：フッ素樹脂の絶縁特性と耐熱性に関する情報

表面処理技術によるガルバニック腐食防止

表面処理は、金属の表面性質を変化させることで、ガルバニック腐食を防止する効果的な方法です。適切な表面処理を施すことで、異なる金属同士の電位差を緩和したり、電解質との接触を防いだりすることができます。

 

主な表面処理技術

 

1. エコート®WH処理：亜鉛系特殊無機被膜と特殊樹脂皮膜の2層構造で、耐薬品性、ガルバニック腐食防止性、施工キズに対する防錆防食性能を向上させた環境にやさしい表面処理技術[3]

 

2. アルマイト処理（陽極酸化処理）：アルミニウムの表面に酸化皮膜を形成し、耐食性や絶縁性を向上させる処理

 

3. クロムフリーコーティング：環境に配慮した無害なコーティングで、ガルバニック腐食を防止する技術[3]

 

4. 樹脂コーティング：エポキシやポリウレタンなどの樹脂で金属表面を覆い、電解質との接触を防ぐ

 

5. 溶融亜鉛めっき：鉄鋼製品の表面に亜鉛層を形成し、犠牲防食作用で母材を保護する[4]

効果的な表面処理の選択基準
表面処理技術を選択する際の主な基準は以下の通りです。

 

• 使用環境（温度、湿度、化学物質、紫外線など）

 

• 必要とされる耐食性のレベル

 

• 基材との適合性

 

• コスト効率

 

• 環境への影響

 

• 外観要件（色、光沢など）

例えば、エコート®WH処理は塩水噴霧試験で3000時間の耐食性を示し、ケステルニッヒ試験（DIN 50018-KFWO.2S）では25サイクル錆びなしという優れた性能を発揮します。このような高性能な表面処理は、特に過酷な環境での使用に適しています。

 

表面処理の施工プロセス
多くの表面処理技術では、次のような工程が含まれます。

1. 前処理（脱脂、酸洗浄など）
2. 本処理（めっき、コーティングなど）
3. 後処理（乾燥、硬化など）
4. 検査（膜厚測定、外観検査など）

各工程の品質管理が最終的な防食性能に大きく影響するため、専門業者による施工が推奨されます。

 

JFEテクノリサーチ：金属表面処理の種類と特性についての解説

金属加工業界でのガルバニック腐食対策の最新動向

金属加工業界では、より効果的なガルバニック腐食対策と環境への配慮を両立させる新たな技術や手法が開発されています。ここでは、最新の動向について解説します。

 

ナノテクノロジーを応用した表面処理
ナノスケールの粒子や構造を利用した新しい表面処理技術が注目されています。例えば、ナノ粒子を含む薄膜コーティングは、従来のコーティングよりも少ない材料で高い防食性能を発揮します。また、ナノ構造化された表面は、液体の接触を制限する超撥水性を持ち、電解質の浸入を防ぐ効果があります。

 

環境配慮型防食技術
従来の防食技術では有害な化学物質が使用されることがありましたが、最近では環境負荷の少ない技術への移行が進んでいます。特に、クロムフリーコーティングや水系塗料の開発が進展しています。これらは環境規制にも対応しつつ、高い防食性能を実現しています。

 

AI・IoTを活用した腐食モニタリング
腐食のリアルタイム監視と予測を可能にするセンサー技術とAI解析の組み合わせが登場しています。これにより、腐食が深刻な段階に達する前に予防的なメンテナンスを行うことが可能になります。特に大規模な産業設備や重要インフラでは、こうしたスマート防食システムの導入が進んでいます。

 

複合材料と新合金の開発
ガルバニック腐食の問題を根本的に解決するため、異種金属の接触を不要にする複合材料や、電位差の小さい新合金の開発が進んでいます。特に航空宇宙産業や自動車産業では、軽量かつ耐腐食性の高い新材料への需要が高まっています。

 

デジタルツインによる腐食シミュレーション
製品設計段階でガルバニック腐食のリスクを評価するため、デジタルツイン技術を活用した腐食シミュレーションが導入されています。これにより、実際に製品を製造する前に、異種金属の組み合わせや表面処理の効果を仮想環境で検証することが可能になりました。

 

物質・材料研究機構：金属材料の腐食データベース
これらの最新技術を適切に組み合わせることで、ガルバニック腐食対策はより効果的かつ経済的になりつつあります。金属加工業界では、これらの技術を積極的に取り入れることで、製品の品質向上とライフサイクルコストの削減を実現しています。