腐食工学 - 百科事典

腐食工学は、科学、技術、工学のスキルと自然法則、物理資源の知識を応用して、腐食を管理するための材料、構造、装置、システム、手順を設計および実施する工学の専門分野です。全体的な視点から見ると、腐食は金属が自然界で見られる状態に戻る現象です。金属が腐食する原因は、金属が一時的に金属形態で存在する結果です。天然に発生する鉱物や鉱石から金属を作るために、ある程度のエネルギーを提供する必要があります。例えば、高炉での鉄鉱石です。したがって、これらの金属がさまざまな環境にさらされた場合、自然界で見られる状態に戻ることは熱力学的に避けられません。腐食と腐食工学は、化学動力学、熱力学、電気化学、材料科学の研究を含みます。

一般的な背景
一般的に金属学や材料科学に関連しており、腐食工学もセラミック、セメント、複合材料、炭素や石墨などの非金属、導電材料にまで関連しています。腐食工学の技術者は、一般的には腐食に関連しない他のプロセス（クラック、脆性割れ、皺、摩耗、食い穿きなど）を管理することもよく行います。1990年代には、ロンドン帝国大学は「工学材料の腐食」というタイトルの修士号を提供しました。UMIST（マンチェスター工科大学の前身）も同様の课程を提供しました。腐食工学の修士号コースは世界中で提供されており、カリキュラムには腐食の制御と理解に関する研究材料が含まれています。オハイオ州立大学には、よりよく知られている腐食工学技術者であるMars G Fontanaにちなんだ腐食センターがあります。

腐食のコスト
1995年に、アメリカ国内での腐食のコストは年間約3000億ドルと報告されました。これは、腐食が世界経済に与える損害についての以前の報告を確認しました。Zaki Ahmadは、彼の本「腐食工学と腐食制御の原理」で、「腐食工学は、腐食科学から生まれた原理を応用して腐食を最小限に抑えたり防止したりするものです」と述べています。Shreirらも同様に、彼らの大規模な二巻き本「腐食」で同じことを提案しています。腐食工学は、腐食防止計画の設計と特定の規則や慣習の実施を含みます。腐食防止措置、例えばカチオン保護、腐食を防ぐ設計、構造の塗装は腐食工学の範囲内にあります。しかし、腐食科学と工学は密接に関連しており、分離することはできません：新しいより良い保護方法を時々生み出すために、これは恒久的な婚姻です。これには腐食阻害剤の使用が含まれる場合もあります。腐食工学ハンドブックでは、著者Pierre R. Robergeは「腐食は材料が環境と反応して壊される破壊的な攻撃です。腐食プロセスの深刻な結果は、世界的な問題となっています」と述べています。

コストは金銭的だけではなく、自然資源の無駄も含まれます。1988年に、イギリスでは1トンの金属が90秒ごとに完全に錆びてしまうと推定されました。さらに、腐食による損害は人命にも影響を与えます。腐食による破壊や他の原因による事故は、人命を奪うことがあります。

腐食工学と腐食学会・協会
腐食工学グループは世界中で形成され、腐食の教育、予防、遅らせ、管理を行っています。これには、National Association of Corrosion Engineers（NACE）、European Federation of Corrosion（EFC）、Australasian Corrosion Associationが含まれます。腐食工学技術者の主な任務は、経済的かつ安全に材料の腐食の影響を管理することです。

分野への貢献者
腐食工学分野に最も著名な貢献者には、以下の他にもいます：

Michael Faraday（1791–1867）
Marcel Pourbaix（1904–1998）
Herbert H. Uhlig（1907–1993）
Ulick Richardson Evans（1889–1980）
Mars Guy Fontana（1910–1988）
Melvin Romanoff（ -1970）

腐食状況の種類
腐食工学技術者やコンサルタントは、内部または外部腐食シナリオに専門化することがよくあります。どちらの場合でも、彼らは腐食管理推奨、故障分析調査、腐食管理製品の販売、腐食管理および監視システムの設置や設計を提供することができます。すべての材料には欠点があります。アルミニウム、 galvanized/zincコート、真鍮、銅は非常にアルカリ性または非常に酸性のpH環境では生き延びにくいです。銅や真鍮は、高リン酸またはアンモニア環境では生き延びにくいです。炭素鋼や鉄は、低土壤抵抗率と高塩素環境では生き延びにくいです。高塩素環境では、通常保護するコンクリートに包まれた鋼も攻撃されることがあります。コンクリートは、高硫酸塩や酸性環境では生き延びにくいです。そして、腐食性細菌がある高硫化物と低還元電位環境では何も生き延びにくいです。これは生物学的硫化物腐食と呼ばれます。

= 外部腐食 =

地下土壌側腐食
地下腐食管理技術者は、腐食因子（pH、最小土壤抵抗率、塩素、硫酸塩、アンモニア、窒素酸化物、硫化物、還元電位など）をテストするために土壌サンプルを収集します。彼らはインフラが占める深さからサンプルを収集し、土壌の性質が層から層に変わる可能性があるためです。インサイト土壤抵抗率の最小テストは、Wenner四針法を使用して行われ、通常、場所の腐食性を判断するために行われます。しかし、乾燥期には、地下結露が埋め込まれた金属表面に土壌をより湿らせることができるため、実際の腐食性を示す可能性が低くなります。したがって、土壌の最小または飽和抵抗率を測定することは重要です。土壌抵抗率テストだけでは腐食要素を特定できません。腐食工学技術者は、地上の調査方法を使用して活発な腐食が発生している場所を調査し、カチオン保護などの腐食管理システムを設計して腐食を停止または減少させることができます。

地質工学技術者は通常、腐食工学を専門とせず、土壤抵抗率が3000オーム・センチメートル未満である場合、または土壤腐食カテゴリ化テーブルを読んだ場合に腐食工学技術者に顧客を紹介します。しかし、古い酪農農場は3000オーム・センチメートル以上の土壤抵抗率を持ちつつも、腐食する可能性のあるアンモニアや窒素酸化物レベルを含むことがあります。腐食に関する一般的な言い伝えは、「土壌が農業に適しているなら、腐食にも適しています」と言われています。

水下外部腐食
水面下腐食技術者は、地下腐食管理に使用される同じ原則を適用しますが、状態評価や腐食管理システムの設置および試運転に特別に訓練された認定潜水士を使用します。主な違いは、電圧読み取りに使用される参照セルの種類です。パイルや石油・ガスプラットの脚の腐食が特に懸念されています。これには、イギリスの海岸沖の北海のプラットやメキシコ湾のプラットが含まれます。

大気腐食
大気腐食は一般的に特定の環境での一般的な腐食を指します。大気腐食の防止は、材料の選択や塗装仕様の使用によって行われます。鋼構造に使用される亜鉛コート（熱浸銅）は、亜鉛が犠牲アンオードとして機能するカチオン保護の一形態であり、また塗料の一形態です。亜鉛コートには時間が経つにつれて小さな傷が発生することがあります。亜鉛は電気系列でより活性であり、基盤鋼よりも腐食します。腐食生成物は傷を満たし、さらなる腐食を防ぎます。傷が細かい限り、亜鉛と鋼が接触している限り、結露水分が基盤鋼を腐食させることはありません。しかし、水分があれば、亜鉛は腐食し、最終的には消失します。インプルースドカレントカチオン保護も使用されます。

スプラッシュゾーンと水スプレー腐食
スプラッシュゾーンの通常の定義は、水体の平均水位の少し上と少し下の地域です。これには、水スプレーや霧にさらされる可能性のある地域も含まれます。

フェンスの腐食の多くは、ランドスケープツールがフェンスコートを傷つけたり、噴水がこれらの損傷したフェンスを噴射したりするためです。リサイクル水は飲料水よりも塩分が高いため、通常の蛇口水よりも腐食しやすいです。地上のパイプやバックフロー防止弁にも同様の損傷と水スプレーのリスクがあります。ファイバーグラスのカバー、ケージ、コンクリートの基盤が、ツールを腕の長さまで離すのに役立ちます。さらに、屋根の排水溝が水を飛散させる場所も問題です。家の屋根の谷間からの排水は、ガスメータに直接落ち、そのパイプが4年以内に壁厚の50％にまで腐食するようになることがあります。これは海のスプラッシュゾーンや、多くの酸素と湧き上がる動きがあり、腐食するにつれて材料を取り除くプールと同じ効果です。

タンクや構造用チューブ（ベンチシートのサポートや遊園地の乗り物など）は、構造が排水を許可していない場合、水と水分を蓄積することがあります。この湿気の多い環境は、構造の内部腐食を引き起こし、構造の強度に影響を与えることができます。熱帯地域でも同様に外部腐食が引き起こされます。これには船舶のバラストタンクの腐食も含まれます。

パイプライン腐食
危険な材料はパイプラインで運ばれることが多く、そのため、その構造的健全性は非常に重要です。パイプラインの腐食は、非常に深刻な結果を引き起こすことがあります。パイプライン腐食を管理するために使用される方法の1つは、融結エポキシコートの使用です。DCVGはそれを監視するために使用されます。インプルースドカレントカチオン保護も使用されます。

石油化学産業における腐食
石油化学産業は、特に硫化物や高温などの攻撃的な腐食性媒体に直面しています。したがって、腐食管理と解決策は世界経済にとって必要です。注入水のスケール形成は、腐食に関する問題を引き起こし、腐食工学技術者にとって問題です。

バラストタンクの腐食

船舶のバラストタンクには腐食を引き起こす燃料が含まれています。水が1つ、通常は空気も存在し、水が静止状態になることがあります。構造の健全性は、安全と海洋汚染を避けるために重要です。塗装はバラストタンクの腐食を