JPS6253029B2 - - Google Patents
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- JPS6253029B2 JPS6253029B2 JP57008921A JP892182A JPS6253029B2 JP S6253029 B2 JPS6253029 B2 JP S6253029B2 JP 57008921 A JP57008921 A JP 57008921A JP 892182 A JP892182 A JP 892182A JP S6253029 B2 JPS6253029 B2 JP S6253029B2
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- JP
- Japan
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- corrosion
- less
- test piece
- thin layer
- fatigue
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は腐食環境、例えば大気中あるいは水溶
液中において使用され、かつ繰り返し応力負荷を
受ける鉄合金製構造体の腐食疲労破壊防止方法に
関するものである。
液中において使用され、かつ繰り返し応力負荷を
受ける鉄合金製構造体の腐食疲労破壊防止方法に
関するものである。
従来、この種鉄合金製構造体、例えばポンプ、
タービン、鉄道車両などの軸は、腐食環境のもと
で設計寿命以前の比較的短時間に破断する事故が
しばしば起り問題となつていた。
タービン、鉄道車両などの軸は、腐食環境のもと
で設計寿命以前の比較的短時間に破断する事故が
しばしば起り問題となつていた。
上記腐食環境とは、湿度が高く、その水分が回
転体に付着して電気化学的の溶解反応を起す可能
性のある環境を意味する。この腐食環境には大気
中の水分、塩分、亜硫酸ガス、水溶液および海水
などが関与するところが大である。
転体に付着して電気化学的の溶解反応を起す可能
性のある環境を意味する。この腐食環境には大気
中の水分、塩分、亜硫酸ガス、水溶液および海水
などが関与するところが大である。
通常、環境に腐食要因がない場合、構造体を構
成する金属材料はその強度に対応し、一定の負荷
応力条件以下ではほとんど永久的に破断を生じな
い、いわゆる疲労限の存在することが知られてい
る。しかし環境に腐食要因が増加すると、前記疲
労限界は存在しえなくなり、その疲労限の10分の
１以下でも比較的に短時間に破断する恐れがあ
る。
成する金属材料はその強度に対応し、一定の負荷
応力条件以下ではほとんど永久的に破断を生じな
い、いわゆる疲労限の存在することが知られてい
る。しかし環境に腐食要因が増加すると、前記疲
労限界は存在しえなくなり、その疲労限の10分の
１以下でも比較的に短時間に破断する恐れがあ
る。
構造体の疲労強度は内部欠陥に由来するもの
と、表面に存在するか、または発生した欠陥に由
来するものとに分けて考えられるが、腐食環境で
発生する疲労破壊は金属表面の腐食損傷が主要な
原因である。一度、腐食が発生すると、局部的な
アノードおよびその周囲がカソードに分極し、腐
食反応により局部的アノードの表面欠陥、例えば
孔食を形成する。これらの表面欠陥は一般にある
一定深さ、または大きさに成長すると、その後は
負荷応力により漸次亀裂に成長して破断すること
が知られている。
と、表面に存在するか、または発生した欠陥に由
来するものとに分けて考えられるが、腐食環境で
発生する疲労破壊は金属表面の腐食損傷が主要な
原因である。一度、腐食が発生すると、局部的な
アノードおよびその周囲がカソードに分極し、腐
食反応により局部的アノードの表面欠陥、例えば
孔食を形成する。これらの表面欠陥は一般にある
一定深さ、または大きさに成長すると、その後は
負荷応力により漸次亀裂に成長して破断すること
が知られている。
クロム含有量の少ない構造用炭素鋼および軸受
鋼などの鉄合金鋼では、腐食の発生形態は全面腐
食状態であるに対し、クロムおよびニツケルを多
量に含有するステンレス鋼では、孔食および隙間
腐食が主要なものであるが、往々にして応力腐食
割れの状態の場合もある。
鋼などの鉄合金鋼では、腐食の発生形態は全面腐
食状態であるに対し、クロムおよびニツケルを多
量に含有するステンレス鋼では、孔食および隙間
腐食が主要なものであるが、往々にして応力腐食
割れの状態の場合もある。
第１図に示すような試験装置、すなわち腐食液
４を満たした腐食槽壁３にシール材２を取付け、
このシール材２に支持された試験片１を腐食液４
中に浸漬し、その試験片１に繰り返し応力を付加
するようにした試験装置を用い、試験片１の腐食
疲労試験を行つた。この場合、試験片１の腐食疲
労強度、すなわちＳ―Ｎ（応力―サイクル））特
性は第２図に示すとおりである。
４を満たした腐食槽壁３にシール材２を取付け、
このシール材２に支持された試験片１を腐食液４
中に浸漬し、その試験片１に繰り返し応力を付加
するようにした試験装置を用い、試験片１の腐食
疲労試験を行つた。この場合、試験片１の腐食疲
労強度、すなわちＳ―Ｎ（応力―サイクル））特
性は第２図に示すとおりである。
第２図において、試験片１が炭素鋼（S15C）
の場合には、大気中および人工海水中（たゞし
S15Cは隙間なし）のＳ―Ｎ特性はそれぞれ曲線
Ａ，Ｂで示され、また試験片１がステンレス鋼
（SUS403）の場合には、大気中および人工海水中
（たゞしSUS403は隙間なし）のＳ―Ｎ特性は曲線
Ｃ，Ｄで示される。
の場合には、大気中および人工海水中（たゞし
S15Cは隙間なし）のＳ―Ｎ特性はそれぞれ曲線
Ａ，Ｂで示され、また試験片１がステンレス鋼
（SUS403）の場合には、大気中および人工海水中
（たゞしSUS403は隙間なし）のＳ―Ｎ特性は曲線
Ｃ，Ｄで示される。
第２図より炭素鋼（S15C）の人工海水中にお
けるＳ―Ｎ特性曲線Ｂは直線的に低下するに対
し、ステンレス鋼（SUS403）の人工海水中のＳ
―Ｎ特性曲線Ｄはその大気中の同曲線Ｃより下位
にあるが、前記炭素鋼のＳ―Ｎ特性曲線Ｂより上
位にある。換言すればステンレス鋼は大気中より
も人工海水中の方が疲労強度は小さいが、炭素鋼
より疲労強度が大であることが明らかである。し
たがつて第１図に示す状態使用される構造体の腐
食疲労破壊を防止する対策としては、構造体をス
テンレス鋼により作ればよいことが容易に理解さ
れる。
けるＳ―Ｎ特性曲線Ｂは直線的に低下するに対
し、ステンレス鋼（SUS403）の人工海水中のＳ
―Ｎ特性曲線Ｄはその大気中の同曲線Ｃより下位
にあるが、前記炭素鋼のＳ―Ｎ特性曲線Ｂより上
位にある。換言すればステンレス鋼は大気中より
も人工海水中の方が疲労強度は小さいが、炭素鋼
より疲労強度が大であることが明らかである。し
たがつて第１図に示す状態使用される構造体の腐
食疲労破壊を防止する対策としては、構造体をス
テンレス鋼により作ればよいことが容易に理解さ
れる。
ところが構造体をステンレス鋼（SUS403）で
作つても、第３図（第１図と同一符号は同一部分
を示す）に示すようにステンレス鋼の試験片１の
表面にスリーブ５を嵌合させた場合、両者１，５
の間に隙間６が存在するときには、その試験片１
のＳ―Ｎ特性曲線Ｅは隙間のない場合のＳ―Ｎ特
性曲線Ｄより下位にある。すなわち隙間の存在す
る場合のステンレス鋼（SUS403）は隙間のない
場合に比べて、腐食疲労強度は低下し、隙間のあ
る炭素鋼（S35C）のＳ―Ｎ特性曲線Ｆとほぼ同
程度である。
作つても、第３図（第１図と同一符号は同一部分
を示す）に示すようにステンレス鋼の試験片１の
表面にスリーブ５を嵌合させた場合、両者１，５
の間に隙間６が存在するときには、その試験片１
のＳ―Ｎ特性曲線Ｅは隙間のない場合のＳ―Ｎ特
性曲線Ｄより下位にある。すなわち隙間の存在す
る場合のステンレス鋼（SUS403）は隙間のない
場合に比べて、腐食疲労強度は低下し、隙間のあ
る炭素鋼（S35C）のＳ―Ｎ特性曲線Ｆとほぼ同
程度である。
一方、炭素鋼（S35C，S15C）は人工海水中で
は、そのＳ―Ｎ特性曲線Ｆ，Ｂに示すように隙間
の影響は少なく、通常の腐食疲労強度と同様な特
性を示す。すなわちステンレス鋼および炭素鋼は
隙間の存在する場合、腐食疲労強度はほゞ同一と
なるから、ステンレス鋼の腐食疲労強度は大幅に
低下することになる。
は、そのＳ―Ｎ特性曲線Ｆ，Ｂに示すように隙間
の影響は少なく、通常の腐食疲労強度と同様な特
性を示す。すなわちステンレス鋼および炭素鋼は
隙間の存在する場合、腐食疲労強度はほゞ同一と
なるから、ステンレス鋼の腐食疲労強度は大幅に
低下することになる。
上述したように繰り返し応力負荷を受ける構造
体が腐食環境下で使用される場合には、その構造
体の材料を耐食性の良好なステンレス鋼に変更し
ても、腐食疲労破壊を回避することは不可能であ
る。
体が腐食環境下で使用される場合には、その構造
体の材料を耐食性の良好なステンレス鋼に変更し
ても、腐食疲労破壊を回避することは不可能であ
る。
本発明は上記欠点を解消することを目的とする
もので、鉄合金製構造体の摺動表面にシロキサン
樹脂を含有するポリスチレン100に対し、亜鉛微
粒子を30〜100％（重量比）を添加してなる混合
物を塗布して厚さ40μｍ以上の薄層を形成したこ
とを特徴とするものである。
もので、鉄合金製構造体の摺動表面にシロキサン
樹脂を含有するポリスチレン100に対し、亜鉛微
粒子を30〜100％（重量比）を添加してなる混合
物を塗布して厚さ40μｍ以上の薄層を形成したこ
とを特徴とするものである。
以下本発明の実施態様について説明する。
鉄合金（成分組成がＣ：３％以下、Si：３％以
下、Mn：５％以下、Cr：３％以下、Ni：25％以
下、Mo：５％以下、残部がFeと不純物からなる
もの）の腐食は下記(1)式に示すような金属の電気
化学反応に基づくものである。
下、Mn：５％以下、Cr：３％以下、Ni：25％以
下、Mo：５％以下、残部がFeと不純物からなる
もの）の腐食は下記(1)式に示すような金属の電気
化学反応に基づくものである。
ＭＭ+z＋Ze ……(1)
たゞしＭ：金属、Ｚ：イオン数値
すなわち金属Ｍがイオン化すると、このイオン
化した部分は水溶液中に溶出し、孔を生じて表面
欠陥を形成することになる。また金属がイオン化
するためには、一般に下記(2)式に示すように熱力
学的エネルギーが関与することが知られている。
化した部分は水溶液中に溶出し、孔を生じて表面
欠陥を形成することになる。また金属がイオン化
するためには、一般に下記(2)式に示すように熱力
学的エネルギーが関与することが知られている。
Ｅ＝E0＋ＲＴ／ｎＦln（Ｍ＋ｚ／Ｍ） ……(2)
たゞしＥ：金属Ｍが水溶液中でＭ+zを生成する
場合の熱力学的エネルギーで、一般に電位
として表わされる。
場合の熱力学的エネルギーで、一般に電位
として表わされる。
E0：金属Ｍが水溶液中で、(1)式における平
衡状態を維持している場合の電位を表わ
し、金属相互のイオン化傾向の難易を知る
上で便宜的な尺度である。
衡状態を維持している場合の電位を表わ
し、金属相互のイオン化傾向の難易を知る
上で便宜的な尺度である。
Ｒ：ガス定数、Ｔ：絶対温度、ｎ：電子移動
数、Ｆ：フアラデー定数。
数、Ｆ：フアラデー定数。
したがつて上記(1)式のようなイオン化反応にお
いて、その平衡が右側に移動するためのポテンシ
ヤルの大きい材料は、それだけ腐食に対して抵抗
が大きいことがわかる。そこでこのような観点か
ら種々の金属について調べて見ると、実用材料と
してアルミニウム、亜鉛などは著しくイオン化傾
向が大きく、鉄などに接触させると、それ自体が
アノード分極し、鉄をカソード分極として防食す
ることがわかる。
いて、その平衡が右側に移動するためのポテンシ
ヤルの大きい材料は、それだけ腐食に対して抵抗
が大きいことがわかる。そこでこのような観点か
ら種々の金属について調べて見ると、実用材料と
してアルミニウム、亜鉛などは著しくイオン化傾
向が大きく、鉄などに接触させると、それ自体が
アノード分極し、鉄をカソード分極として防食す
ることがわかる。
上記結果より、シロキサン樹脂を含有するポリ
スチレン100に対し亜鉛微粒子を30〜100％（重量
比）添加した混合物を、鉄合金製構造体の表面に
塗布して40μｍ以上の薄層を形成すれば、腐食疲
労破壊を防止することが可能である。以下その理
由について詳述する。
スチレン100に対し亜鉛微粒子を30〜100％（重量
比）添加した混合物を、鉄合金製構造体の表面に
塗布して40μｍ以上の薄層を形成すれば、腐食疲
労破壊を防止することが可能である。以下その理
由について詳述する。
前述した第３図に示す軸１とスリーブ５との間
の隙間６に上記混合物を介在させ、その両部材
１，５が繰り返し応力による摺動により、両部材
１，５の表面が摩耗することを防止するには、前
記混合物のポリスチレンポリマー中で亜鉛微粒子
が容易に移動することがないようにするため、シ
ロキサン樹脂と均一に混合させる必要がある。そ
の混入量は腐食環境の程度との関係で適宜に決定
すればよい。前記亜鉛微粒子は下記(3)式のように
反応し、鉄合金の表面を下記(4)式のようにカソー
ド防食するために必要である。
の隙間６に上記混合物を介在させ、その両部材
１，５が繰り返し応力による摺動により、両部材
１，５の表面が摩耗することを防止するには、前
記混合物のポリスチレンポリマー中で亜鉛微粒子
が容易に移動することがないようにするため、シ
ロキサン樹脂と均一に混合させる必要がある。そ
の混入量は腐食環境の程度との関係で適宜に決定
すればよい。前記亜鉛微粒子は下記(3)式のように
反応し、鉄合金の表面を下記(4)式のようにカソー
ド防食するために必要である。
Zn→Zn2e＋2e（アノード反応） ……(3)
2H2O＋O2＋4e→4OH-（カソード反応）
……(4) 上記(3)式により溶出した亜鉛は非晶質の水酸化
亜鉛となつて周囲の液質をアルカリ性とするた
め、鉄合金表面の不働態皮膜は安定となつて腐食
の抑制作用を維持する。ポリスチレンへ添加され
る亜鉛微粒子は30％以下では効果がなく、100％
以上では構造体中で亜鉛微粒子が安定な状態で維
持され難いから30〜100％に限定した。また前記
混合物を構造体表面に塗布して形成した薄層は、
厚さ40μｍ以下では効果がないから厚さ40μｍ以
上とした。
……(4) 上記(3)式により溶出した亜鉛は非晶質の水酸化
亜鉛となつて周囲の液質をアルカリ性とするた
め、鉄合金表面の不働態皮膜は安定となつて腐食
の抑制作用を維持する。ポリスチレンへ添加され
る亜鉛微粒子は30％以下では効果がなく、100％
以上では構造体中で亜鉛微粒子が安定な状態で維
持され難いから30〜100％に限定した。また前記
混合物を構造体表面に塗布して形成した薄層は、
厚さ40μｍ以下では効果がないから厚さ40μｍ以
上とした。
また第３図に示す試験片（構造体）１がスリー
ブ５と嵌合することなく自由表面を構成する場合
には、その構造体１の自由表面に形成された前記
混合物の（薄層）は安全な状態に維持する必要が
ある。このため内表面に薄層と同一の混合物を塗
布したゴムあるいは合成樹脂あるいは金属体を前
記薄層上に固定するものとする。
ブ５と嵌合することなく自由表面を構成する場合
には、その構造体１の自由表面に形成された前記
混合物の（薄層）は安全な状態に維持する必要が
ある。このため内表面に薄層と同一の混合物を塗
布したゴムあるいは合成樹脂あるいは金属体を前
記薄層上に固定するものとする。
次に第３図に示すように上記薄層を形成した試
験片１にスリーブ５を嵌合し、両者１，５間の隙
間６に前記薄層（腐食防止剤）を介在させたもの
と、従来技術のように腐食処理を施さない試験片
にスリーブ５を嵌合した場合について、前記両試
験片をそれぞれ25℃の人工海水中に浸漬した状態
で、両振り型疲労試験機により疲労試験を行つ
た。この場合、前記腐食防止剤としては、シロキ
サン樹脂を含有するポリスチレン中に亜鉛微粒子
を２：１の割合で添加すると共に、充填材料を数
パーセント添加したものを使用した。
験片１にスリーブ５を嵌合し、両者１，５間の隙
間６に前記薄層（腐食防止剤）を介在させたもの
と、従来技術のように腐食処理を施さない試験片
にスリーブ５を嵌合した場合について、前記両試
験片をそれぞれ25℃の人工海水中に浸漬した状態
で、両振り型疲労試験機により疲労試験を行つ
た。この場合、前記腐食防止剤としては、シロキ
サン樹脂を含有するポリスチレン中に亜鉛微粒子
を２：１の割合で添加すると共に、充填材料を数
パーセント添加したものを使用した。
上記試験の結果を図示すると第４図のとおりで
ある。すなわち本発明に係わる防食処理を施した
試験片（SUS403，S35C）のＳ―Ｎ特性は曲線
Ｇ，Ｉで表わされるに対し、従来技術の防食処理
を施さない試験片（SUS403，S35C）のＳ―Ｎ特
性は曲線Ｈ，Ｊで表わされる。これより本発明に
係わる防食処理を施したものは、疲労強度が大気
中と同程度の高い値を示すことが明らかである。
ある。すなわち本発明に係わる防食処理を施した
試験片（SUS403，S35C）のＳ―Ｎ特性は曲線
Ｇ，Ｉで表わされるに対し、従来技術の防食処理
を施さない試験片（SUS403，S35C）のＳ―Ｎ特
性は曲線Ｈ，Ｊで表わされる。これより本発明に
係わる防食処理を施したものは、疲労強度が大気
中と同程度の高い値を示すことが明らかである。
以上説明した本発明によれば、鉄合金製構造体
の表面にシロキサン樹脂を含有するポリスチレン
に亜鉛微粒子を30〜100％（重量比）を添加して
なる混合物を塗布して厚さ40μｍ以上の薄層を形
成することにより、金属材料の腐食疲労強度を大
幅に向上させることができる。
の表面にシロキサン樹脂を含有するポリスチレン
に亜鉛微粒子を30〜100％（重量比）を添加して
なる混合物を塗布して厚さ40μｍ以上の薄層を形
成することにより、金属材料の腐食疲労強度を大
幅に向上させることができる。
第１図は従来技術の試験片による腐食疲労試験
の状態を示す図、第２図は従来技術の試験片のＳ
―Ｎ特性を示す図、第３図は本発明に係わる試験
片の腐食疲労試験の状態を示す図、第４図は本発
明に係わる試験片および従来技術の試験片のＳ―
Ｎ特性を比較して示す図である。 １…試験片、２…シール材、３…腐食槽壁、５
…スリーブ、６…隙間。
の状態を示す図、第２図は従来技術の試験片のＳ
―Ｎ特性を示す図、第３図は本発明に係わる試験
片の腐食疲労試験の状態を示す図、第４図は本発
明に係わる試験片および従来技術の試験片のＳ―
Ｎ特性を比較して示す図である。 １…試験片、２…シール材、３…腐食槽壁、５
…スリーブ、６…隙間。
Claims (1)
- １ Ｃ：0.3％以下、Si：３％以下、Mn：５％以
下、Cr：30％以下、Ni：25％以下、Mo：５％以
下および残部がFeと不純物からなる成分組成の
鉄合金製構造体の摺動面に、シロキサン樹脂を含
有するポリスチレン100に対し亜鉛微粒子を30〜
100％（重量比）を添加してなる混合物を塗布し
て厚さ40μｍ以上の薄層を形成することを特徴と
する鉄合金製構造体の腐食疲労破壊防止方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP892182A JPS58127769A (ja) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | 鉄合金製構造体の腐食疲労破壊防止方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP892182A JPS58127769A (ja) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | 鉄合金製構造体の腐食疲労破壊防止方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58127769A JPS58127769A (ja) | 1983-07-29 |
| JPS6253029B2 true JPS6253029B2 (ja) | 1987-11-09 |
Family
ID=11706115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP892182A Granted JPS58127769A (ja) | 1982-01-25 | 1982-01-25 | 鉄合金製構造体の腐食疲労破壊防止方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58127769A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3503276A1 (de) * | 1985-01-31 | 1986-08-07 | Wacker-Chemie GmbH, 8000 München | Durch einen ueberzug gegen korrosion geschuetzte bewehrungselemente fuer oder in porenbeton |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6057471B2 (ja) * | 1977-09-24 | 1985-12-14 | 関西ペイント株式会社 | 防食被覆用樹脂組成物 |
-
1982
- 1982-01-25 JP JP892182A patent/JPS58127769A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58127769A (ja) | 1983-07-29 |
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