水系腐食

水系腐食とは、水を含む環境下で金属が接触することにより、アノード溶解とカソード還元反応が連動して進行する電気化学的な劣化現象を指します。

Definition

水を含む環境下における金属の電気化学的酸化であり、アノードサイトでの金属溶解と、同一または結合した表面のカソードサイトでの還元反応が平衡を保ちながら進行します。

Scope

このトピックでは、水性媒体中での腐食の電気化学的メカニズム、すなわち金属のアノード溶解と酸素または水素イオンのカソード還元、混合腐食電位と腐食電流、プーベダイアグラムによる熱力学的安定性、および全面腐食、ガルバニ腐食、孔食、隙間腐食などの主要な腐食形態について扱います。これは材料劣化の予測と定量化の基礎となります。

Core questions

• 水中で金属を腐食させるアノード反応とカソード反応の組み合わせは何か？
• 腐食電位と腐食電流は金属損失の速度をどのように決定するのか？
• プーベダイアグラムは、金属が腐食するか、不動態化するか、あるいは不活性であるかをどのように予測するのか？
• 全面腐食と、孔食やガルバニ腐食のような局部腐食を区別するものは何か？

Key theories

混合電位理論

腐食している金属は、全アノード電流と全カソード電流が平衡する定常腐食電位に達します。ターフェル外挿法によって得られるこの平衡電流の大きさは、腐食速度を示します。

電位-pH（プーベ）ダイアグラム

電極電位とpHのマップは、金属が熱力学的に不活性である領域、活発に腐食している領域、または不動態化している領域を区別し、腐食感受性の評価の指針となります。

Clinical relevance

水系腐食は、パイプライン、橋梁、船舶、生体医療インプラントの故障やメンテナンスの根底にある問題です。その電気化学を理解することは、寿命予測、材料選択、および莫大な経済的・安全上のコストを軽減する保護戦略を可能にします。

History

20世紀初頭にエバンスが腐食の電気化学的性質を確立し、1938年にワーグナーとトラウドが混合電位理論を定式化しました。そして20世紀中頃にプーベが電位-pH平衡図をまとめ、これらによって腐食は定量的な電気化学的基礎を得ました。

Key figures

• Ulick R. Evans
• Marcel Pourbaix
• Carl Wagner
• Wilhelm Traud

Seminal works

• jones1996
• pourbaix1974
• bard2001

Frequently asked questions

なぜ異なる2種類の金属が接触すると腐食が速くなるのですか？

電解質中で異種金属が電気的に接続されると、より活性な金属がアノードとなって優先的に溶解し、より貴な金属がカソードとして作用するため、活性な金属のガルバニ腐食が加速されます。

プーベダイアグラムは何を示していますか？

電位とpHの関数として、金属が熱力学的に安定（不活性）であるか、溶解すると予想される（腐食）か、または保護酸化物で覆われている（不動態化）かを示しますが、これは速度ではなく傾向を示すものです。