腐食は自然な過程であり、金属は環境暴露によって退化する。建築から自動車、航空宇宙などさまざまな業界で使用されているコンポーネントの寿命と性能に重大な影響を与える可能性があります。この課題に対応するために、エンジニアやメーカーは耐食性金属に転向することが多い。この記事では、一般的な耐食性金属、それらの性能、用途、および特定の環境に適した材料を選択することの重要性について検討します。
腐食とは？
腐食とは、材料（通常は金属）が環境と化学的または電気化学的に反応して徐々に破壊されることを意味する。酸化、電気化学プロセス、湿度、温度、pH値などの環境要因を含む様々なメカニズムによって発生することができます。腐食は材料の美観性に影響するだけでなく、構造の完全性を損ない、潜在的な故障と高価な修理を招く。
なぜ耐食性金属を使うのですか。
耐食性金属を使用することで、コンポーネントと構造の寿命を著しく延長し、メンテナンスコストを低減し、全体の安全性を高めることができる。これらの金属は、特定の環境条件に耐えるように設計され、経時劣化に抵抗する。以下は耐食性金属を選択する上で重要な理由のいくつかです：
- 寿命：耐食性金属の使用寿命は非耐食性金属より明らかに長く、それによって交換周波数を低下させた。
- コスト削減：初期コストは高いかもしれませんが、メンテナンスと交換コストを削減する長期的な節約は大きな可能性があります。
- 安全：腐食により、重要部品に壊滅的な障害が発生する可能性があります。耐食性金属を使用することで、このリスクを最小限に抑えることができます。
- 性能：多くの耐食性金属は劣悪な環境でもその機械的性能を維持し、最適な性能を確保することができる。
一般的な耐食性金属
ステンレス鋼
概要：
ステンレス鋼は最も有名な耐食性金属かもしれない。ステンレス鋼の主な成分は鉄、クロム、ニッケルなどの元素である。その中で、クロムはステンレス鋼の耐食性の鍵となる元素であり、それは鋼の表面に緻密な酸化クロム膜を形成し、酸素や他の腐食性媒体による更なる腐食を防止することができる。ニッケルの添加はステンレス鋼の耐食性と靭性を高めることができる。
タイプ:
オーステナイトステンレス鋼：
ニッケルを含み、優れた耐食性を有する。一般的なナンバーは304と316です。
フェライトステンレス鋼：
ニッケルは少ないが、耐応力腐食割れ性能に優れている。一般的な等級は430を含む。
マルテンサイトステンレス鋼：
より多くの炭素が含まれており、強度を高めるために熱処理を行うことができます。一般的な等級は410を含む。
適用：
台所用具、医療機器、化学加工設備、建築材料。
アルミニウム
概要：
アルミニウムの密度はわずか2.7 g/cm³で、鉄の約3分の1であり、これによりアルミニウム及びその合金は軽量化が必要な場合に顕著な優位性を持つことができる。また、アルミニウムは良好な導電性、熱伝導性と延性を有し、電力、熱伝導と製造などの分野に広く応用されている。
アルミニウム合金は、アルミニウムに銅、マグネシウム、亜鉛、シリコンなどの他の金属元素を加えて形成された合金である。
属性:
-軽量
-毒はない
-優れた熱伝導性と導電性
適用：
航空宇宙部品、自動車部品、包装材料。
チタン
概要：
チタン合金は、チタンにアルミニウム、バナジウム、モリブデン、クロム、マンガン、銅、鉄、シリコンなどの元素を添加して形成された合金である。チタン合金は強度が高く、耐食性がよく、耐熱性が高く、密度が低いという特徴がある。
チタン合金の密度は一般的に4.51 g/cm³前後であり、鋼の60%程度にすぎない。これにより、チタン合金は軽量化が必要な応用において、海水や化学加工などの劣悪な環境において顕著な優位性を持つことができる。
属性:
-高強度重量比
-優れた耐食性と抗酸化性
-生体適合性（生体組織に無毒）
アプリケーション：
航空宇宙部品、医療用インプラント、化学加工設備。
ニッヶル合金
概要：
ニッケル基合金は合金材料であり、ニッケルに他の合金元素（例えばクロム、モリブデン、銅、チタンなど）を基体として添加することによって製造される。 ニッケル合金はその優れた耐食性で知られ、特に酸性と高温環境において。これらの合金は通常、大量のニッケル（通常50%を超える）を含有する。
タイプ:
インカンニッケル合金：
ニッケルクロム基超合金ファミリーは、高温強度と抗酸化性で知られている。
モネル合金：
海水と酸性環境における耐食性で知られるニッケル銅合金。
適用：
化学加工、航空宇宙、海洋応用。
どうごうきん
概要：
銅合金は純銅を基体とし、1種以上の他の元素を添加した合金である。添加元素と比率によって、銅合金は黄銅、青銅、白銅など多くのタイプに分けることができる。
銅合金は純銅に比べて、高強度、高耐摩耗性、高耐食性などの優れた性能を持っている。
属性:
-良好な熱伝導性と導電性
-抗菌性（銅固有）
適用：
配管、電線、船舶への応用。
適切な耐食性金属の選択
特定の用途に対して耐食性金属を選択する際には、次の要素を考慮してください。
環境条件：
水分、化学物質、温度、その他の腐食性元素の暴露状況を評価する。
機械的要件：
適用に必要な強度、重量、耐久性を考慮します。
コスト：
初期材料コストの評価とメンテナンスと交換の削減による長期的な節約。
製造と加工：
金属の中には他の金属よりも扱いにくいものもある。製造プロセスの複雑さを考慮する。
美学：
外観が重要な用途には、金属の視覚的品質も考慮される可能性があります。
結論
腐食は多くの業界で避けられない課題であるが、耐食性金属を使用することで、メーカーは製品の耐久性と寿命を向上させることができる。ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、ニッケル合金、銅合金、亜鉛、コーティング金属はいずれも独特の性能を持ち、様々な応用に適している。プロジェクトの具体的な要求をよく考慮することにより、エンジニアとデザイナーは適切な材料を選択して腐食に効果的に対抗し、その製造過程の安全性、性能、コスト効果を確保することができる。