腐食環境模擬方法及び装置
【課題】 腐食試験溶液を試料に付着させる際に、容易に付着量と付着乾燥後の形状の制御を行う。
【解決手段】 超音波振動子を塩化物などの溶液槽に所定位置に配置し、溶液中での超音波照射により発生した溶液のミストを所定条件のもとに腐食試験片に導くことにより、付着量や付着形状の制御を行う。また、ミスト化工程においては、超音波振動子が、振動面と溶液の液面が３°から６０°の角度をなすように配置させるとともに、５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下で動作させる。
【解決手段】 超音波振動子を塩化物などの溶液槽に所定位置に配置し、溶液中での超音波照射により発生した溶液のミストを所定条件のもとに腐食試験片に導くことにより、付着量や付着形状の制御を行う。また、ミスト化工程においては、超音波振動子が、振動面と溶液の液面が３°から６０°の角度をなすように配置させるとともに、５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下で動作させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食試験片に腐食試験溶液や腐食促進成分を均一に付着させるための装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
腐食試験環境において腐食原因物質の付着と乾湿繰り返しが併行して、金属材料や有機被覆金属材料の腐食が進行する場合が知られている。主として飛来海塩が付着して生じる大気腐食はその腐食例である。各種用途の大気腐食に対する材料選定方法として多様な促進腐食試験が提案され実施されている。
【０００３】
その主流を占める複合サイクル試験は、基本的に湿潤、乾燥、腐食原因物質の付着工程を組み合わせて行われる。腐食原因物質は多くの場合、食塩や海塩である。従来の食塩や海塩の腐食試験片への付着方法は、食塩水や海水として腐食試験片に噴霧あるいは浸漬する方法が開示され実施されてきた。
【０００４】
一方、実環境での海塩などの飛来量や付着量に関する研究の進歩に伴い、実付着量や付着海塩の形態に関する情報が把握され、これらの要因により腐食試験の結果も影響を受ける可能性が示唆されてきた。
【０００５】
しかし、従来の食塩水や海水として腐食試験片に噴霧あるいは浸漬する方法では、付着量や付着形態の制御は不可能で、腐食促進試験への反映が難しかった。このため腐食促進試験の高度化や高精度化を目的として、実環境と同等の付着量や付着形態を制御する検討がなされてきた。
【０００６】
このような検討として、特許文献１には空気飽和器と噴霧ノズルにより腐食溶液を付着させる方法が開示されている。また、特許文献２ではエアブラシによる付着が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２１４１２０
【特許文献２】特開２００４−３４０９０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の腐食試験片への塩化物付着方法は以下に述べる問題を有している。
１）連続的な腐食試験片への付着処理が難しい。
２）試験装置の付着状態が安定化するまでに時間がかかる。
３）付着乾燥後の塩化物付着形状の変更や制御が難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
我々は、付着量と付着乾燥後の形状制御が容易な腐食試験溶液の定量付着方法および装置の検討を行った。その結果、超音波振動子を塩化物などの溶液槽に所定位置に配置し、溶液中での超音波照射により発生した溶液のミストを所定条件のもとに腐食試験片に導くことにより、付着量の制御が可能であることを見出した。
【０００９】
更に、超音波の周波数あるいは溶液濃度の調整により付着乾燥後の塩化物付着形状の変更や制御が可能であることを見出した。付着量の再現性は、溶液槽と腐食試験片の間に適切な仕切り板を配置し、超音波振動子から水面までの水深の制御や最初の腐食試験片装入の時間を最適化することにより大きく向上することを知見し、本発明をするに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
【００１１】
（１）第一の発明は、腐食原因物質を付着させて材料の腐食を模擬する方法であって、腐食原因物質の溶液を超音波振動子によりミスト化させるミスト化手順と、当該ミストに試験体を一定時間暴露する暴露手順と、試験体を乾燥させる乾燥手順を有することを特徴とする腐食環境模擬方法にかかる。
（２）第二の発明は、第一の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、前記超音波振動子が、振動面と前記溶液の液面が３°から６０°の角度をなすように配置されたことを特徴とする。
（３）第三の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、前記超音波振動子を５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下で動作させることを特徴とする。
（４）第四の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、前記超音波振動子の振動面と前期溶液の液面との距離が暴露中に１ｃｍ以上変動しないように溶液の液面を調整することを特徴とする。
（５）第五の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、ミスト化する塩化物溶液の濃度を０．０５〜１．０重量％とすることを特徴とする。
（６）第六の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、腐食物質が乾燥後結晶化する場合に、あらかじめ求めておいた超音波振動子の振動周波数と試験体に付着する腐食原因物質の結晶粒径との関係を参照し、前記超音波噴霧器に備わった超音波振動子の振動周波数を調整することを特徴とする。
（７）第七の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、あらかじめ求めておいた前期溶液における腐食原因物質の濃度と試験体に付着する腐食原因物質の結晶粒径との関係を参照し、前記溶液における腐食原因物質の濃度を調整することを特徴とする。
（８）第八の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記暴露手順おいては、試験体を暴露時に１方向に一定速度で移動させることを特徴とする。
（９）第九の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記暴露手順においては、試験体を暴露時に１方向に断続的に移動させることを特徴とする。
（１０）第十の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記暴露手順においては、試験体にミストを付着させる槽内で試験体を回転させながらミストを付着させることを特徴とする。
（１１）第十一の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記暴露手順においては、試験体をミストに暴露する時間を１０秒以上１０分以下とすることを特徴とする。
（１２）第十二の発明は、腐食原因物質を付着させて材料の腐食を模擬する装置であって、 腐食原因物質の水溶液を溜めておく溶液槽と、 溶液槽に配置可能な超音波振動子と、超音波振動子でミスト化された前記水溶液が材料に付着するための溶液付着槽と試料台を備えた
腐食環境模擬装置のうち、前記溶液付着槽と前記溶液槽との間には１以上の隔壁を備えるとともに、 前記溶液付着槽は前記水溶液の液面よりも上方で前記溶液槽と結合することを特徴とする腐食環境模擬装置にかかる。
（１３）第十三の発明は、第十二の発明を限定したものであり、前記超音波振動子は、振動面が前記溶液槽における溶液の液面と３°から６０°の角度をなすように配置されたことを特徴とする。
（１４）第十四の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記試料台は、移動により溶液付着槽を出入りするように構成されることを特徴とする。
（１５）第十五の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記試料台は、前記溶液付着層内で回転するように構成されることを特徴とする。
（１６）第十六の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記超音波振動子は、[Ｃｒ含有量]＋[Ｍｏ含有量]ｘ３＞２２ （[含有量]の単位は重量％）を満たす金属材料を振動面に有することを特徴とする。
（１７）第十七の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記溶液槽は、液面高さを一定範囲に調節する液面制御手段を有することを特徴とする。
（１８）第十八の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記溶液槽は、溶液温度を一定範囲に調節する溶液温度調整手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波振動子により付着に適した腐食溶液のミストを安定して発生することができ、もって付着量と付着乾燥後の形状制御が容易な腐食試験溶液の定量付着が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る腐食環境模擬方法及び装置の好ましい実施形態を挙げ、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本発明にかかる腐食環境模擬装置を図１に示す。（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上面図である。腐食環境模擬装置は容器２０、隔壁２４、試料台２３、超音波振動子２７、電源コード２６、ゴム栓２５、給水ドレン２８、排水ドレン２９、液面調節手段３０を備える。
【００１５】
容器２０は隔壁２４により溶液槽２１と溶液付着槽２２に分けられるが、隔壁２４は容器２０の天井まで達しておらず、溶液槽２１と溶液付着槽２２は空間的につながっている。隔壁２４の上端は溶液付着槽２２にある試料台２３と接続されるが、この接続点は溶液槽２１における液面よりも高くされる。これにより、溶液槽２１の溶液が直接溶液付着槽２２に流入することを防ぐことができる。
【００１６】
溶液槽２１には超音波振動子２７が置かれる。超音波振動子を駆動するための電源コード２６はゴム栓で支持され容器２０の外に引き出される。上面図（ｂ）からわかるように、本実施形態では超音波振動子、電源コード、ゴム栓ともに３個備わっているが、本発明はこの個数に限られない。
【００１７】
給水ドレン２８は液面調節手段から溶液の供給を受け、排水ドレン２９は溶液槽内の溶液を容器外へ排出するために使用する。給水ドレン２８、排水ドレン２９ともに図示しないが弁を備えることが好ましい。
【００１８】
溶液槽２１にある溶液は、超音波振動子２７によりミスト化され、溶液槽２１と溶液付着槽２２間の空間を通って溶液付着槽に移り、試料台２３に設置された試料１４に付着する。
【００１９】
超音波振動子２７の振動面はクロムとモリブデンの配合率が合計で２２重量％を超える金属が材料であることが好ましい。これにより、長期間発振しても性能の劣化がおきにくい。
【００２０】
試料台２３は、バットのようなもので構成されてもよいが（第一の実施形態）、後述するように、移動、回転するように構成されてもよい。
【００２１】
図２は試料台２３の第二の実施形態を示したものである。
試料台２３は駆動機構２３１を備え、図示するように駆動可能に、溶液付着槽２２の外壁を貫くように設置される。
これにより、試料は一定速度又は断続的に溶液付着層に搬入、搬出され、試料ごとの付着量のむらを小さくすることができる。
【００２２】
図３は試料台２３の第三の実施形態を示したものである。
試料台２３は、回転機構２３２を備え、溶液付着槽２２内に回転可能に設置される。これにより、試料は試料台２３の回転軸を中心に溶液付着槽２２内を回転運動することになり、付着量のむらを小さくすることができる。
【００２３】
図４は液面制御手段３０の構成を示す図である。（ａ）は側面図であり、（ｂ）は容器２０側から見た正面図である。液面制御手段は主水槽３１、副水槽３２、蓋３３、注水ドレン３４、注水ホース３５からなる。主水槽３１に入れた溶液は貫通孔３６を通して副水槽へ流れ、副水槽３２から注水ドレン３４および注水ホース３５を経由して給水ドレン２８に供給される。
【００２４】
主水槽３１の上部は蓋３３により閉じられる一方で副水槽３２の上部は開放されている。このため、副水槽の液面ｘ２が貫通穴よりも高くなると、主水槽３１は密封状態となり、それ以上主水槽３１から副水槽３２へ溶液が流れず、主水槽液面ｘ１および副水槽液面ｘ２は安定する。
【００２５】
超音波振動子２７が動作し溶液槽２１の液量が減少すると、副水槽液面ｘ２が低下するが、副水槽液面ｘ２が貫通孔３６にかかると、主水槽３１の密封が壊れ、主水槽３１から副水槽３２へ腐食液が流れ、副水槽液面ｘ２を上げる。副水槽液面ｘ２が貫通孔３６よりも高くなると、主水槽３１は再び密封され、それ以上主水槽３１から副水槽３２へ腐食液が流れず、主水槽液面ｘ１および副水槽液面ｘ２は安定する。
【００２６】
以上の機構により、ミストを発生して溶液を消費しても、副水槽液面ｘ２は貫通孔３７付近で上下するにとどまる。副水槽液面ｘ２は溶液槽液面ｘ３とほぼ等しくなるので、結果として、ミスト発生中において溶液槽液面ｘ３が一定の範囲で保持される。
【００２７】
図５は溶液槽２１における超音波振動子２７の設置形態を説明する図である。振動面２７ａは溶液槽液面ｘ３の少し下にあり、ｘ３と一定の角度ｒ１をなすように調整される。なお、振動面２７と液面ｘ３の最適距離は周波数および主水槽の形状に依存する。ミスト発生が効率よく生じる位置に振動面２７を調整するが、通常は１〜１０ｃｍとなる。
【００２８】
図６は本発明にかかる腐食環境模擬装置のもう一つの実施形態を説明する図である。腐食環境模擬装置には振動周波数制御手段１３および溶液温度調整手段１１を備えても良い。
【００２９】
周波数制御手段１３は超音波振動子２７へ供給する電圧や周波数を制御することで振動周波数を制御する。また、溶液温度調整手段１１は熱交換用ホース１２を介して溶液槽の液温を調整する。
【００３０】
本発明にかかる腐食環境模擬方法の手順を図７に示す。
まず超音波振動子２７を溶液槽２１に設置し（Ｓ１）、振動周波数および振動面の角度を調整する（Ｓ２）。
【００３１】
超音波振動子の周波数は５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下であることが好ましい。５００Ｈｚ未満の低周波数では塩化物溶液中でミストを生成することができず、また、２０ＭＨｚよりも高い周波数では水溶液中での減衰が著しく適切な位置に発振面を配置することが難しい。また、超音波振動子の周波数を調整することで、腐食試験体に付着乾燥後の結晶化した付着物の大きさを制御できる。高周波数になるに従い粒径は小さくなる。
【００３２】
超音波振動子の振動面の垂線は溶液槽と溶液面より上方に位置した空間方向に対して反対方向に３度から６０度傾けて配置することが好ましい。３度未満では超音波振動子から飛び散る飛沫が溶液付着槽に入る可能性が高く、また６０度を超えて傾けると振動面から垂直方向の溶液面までの距離が長くなりミストの発生効率が著しく低下する。
【００３３】
次に主水槽へ腐食溶液を注入する（Ｓ３）。溶液中の付着対象成分濃度を変化させることによって腐食試験体に付着乾燥後の結晶化した付着物の大きさを制御できる。溶液濃度が低下するに従い付着物は小さくなる。また、塩化物において１０ｍｇ/ｍ２程度の低付着量を精度よく制御する場合にも低濃度の溶液を使用すると有効である
【００３４】
具体的には、ミスト化する塩化物溶液中の濃度は０．０５〜１．０重量％であことが好ましい。濃度が低いと、十分に溶液が付着しないが、濃度が１．０重量％以上だと短時間で付着過多となり、付着量の制御が難しいからである。
【００３５】
超音波振動子を動作させ（Ｓ４）、ミストの発生状況を監視する（Ｓ５）。安定したミストが溶液付着槽２２に流れ込んでいるようであれば（Ｓ６）、試料台に試料を設置する（Ｓ７）。
【００３６】
試料を一定時間ミストに暴露させる（Ｓ８）。この際、溶液槽液面ｘ１と超音波発振面の距離を±１ｃｍの範囲に保持することが望ましい。連続的に溶液をミストにすることにより液面が低下するが、溶液の液面から超音波振動子の発振面までの距離の変動が１ｃｍを越えると、試料に対する乾燥後の結晶化した付着物の大きさや単位面積当たりの付着量のばらつきが大きくなる。
【００３７】
暴露中に、前述したように、試料台が移動、回転することでより均一な付着が可能になる。
【００３８】
また、ミストに暴露する時間は１０秒以上１０分以下とすることが好ましい。１０秒以下では、十分に付着しないが、１０分以上暴露すると、付着量の不均一が顕著になってしまう。
【００３９】
溶液槽内の溶液温度は、６０℃以下に保持されることが望ましい。超音波振動子を連続的に使用すると振動子の発熱により溶液の温度が上昇するが、温度上昇は溶液界面の水蒸気分圧の上昇に起因したミスト粒径や発生量の変動をもたらす。このため腐食試験片への付着量などの変化を生じさせる。
【００４０】
暴露後は試料を容器から取り出す（Ｓ９）。加えて、試料を恒温恒湿槽内で乾燥させることにより所定形状の付着物を腐食試験体へ一定量かつ均一に付着することが可能である。
【００４１】
（実施例）
本発明により、７Ｘ７ｃｍ、厚さ２ｍｍのステンレス板に対する付着試験を以下に示すように行った。なお、単位面積当りの塩化物付着量は付着後、純水で洗浄し洗浄溶液中の塩化物濃度をイオンクロマトグラフで測定することで算出した。また、乾燥後の塩化物結晶形状は、塩化物溶液を付着した試験板を相対湿度２０％以下に保持した恒温恒湿槽に入れＳＥＭにて観測した。
【００４２】
（実施例Ａ１）
３％ＮａＣｌ溶液を入れた樹脂性容器の中に３ＭＨｚの超音波振動子を水面の鉛直方向に対して４度傾けて浸漬し、超音波振動子を５分以上連続作動させた。
（実施例Ａ２）
超音波振動子を１０度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（実施例Ａ３）
超音波振動子を４５度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（比較例Ａ１）
超音波振動子をゼロ度（垂直方向）とし、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（比較例Ａ２）
超音波振動子を２度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（比較例Ａ３）
超音波振動子を６５度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（比較例Ａ４）
超音波振動子を８０度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
【００４３】
図８に、実施例Ａ１〜Ａ３、比較例Ａ１〜Ａ４のミストの発生状況を示す、ミストが安定して発生した場合を○、ミストが発生しない、あるいは連続して安定した発生が得られない場合を×とした。図５に示すように、本発明範囲にある超音波振動子の発振面の垂線を溶液面に対して３度から３０度傾けて振動子を配置することにより腐食試験溶液においても安定したミストが得られることが判る。振動子を傾けた方向には水面から溶液の飛沫が生じるため、振動子を傾ける方向は、溶液槽と溶液面より上方に位置した空間方向に対して反対方向にとすることが好ましい。
【００４４】
（実施例Ｂ１）
３％ＮａＣｌ溶液を入れた樹脂性容器の中に超音波振動子を垂直方向から５度傾けて浸漬し、８００Ｈｚで５分以上連続作動させた。
（実施例Ｂ２）
超音波振動子の動作周波数を１０ｋＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（実施例Ｂ３）
超音波振動子の動作周波数を１ＭＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（実施例Ｂ４）
超音波振動子の動作周波数を４ＭＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（実施例Ｂ５）
超音波振動子の動作周波数を１８ＭＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（比較例Ｂ１）
超音波振動子の動作周波数を４００Ｈｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（比較例Ｂ２）
超音波振動子の動作周波数を１００ＭＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
【００４５】
実施例Ｂ１〜Ｂ５及び比較例Ｂ１、Ｂ２のミストの発生状態を図９に示す。ミストが安定して発生した場合を○、ミストが発生しない、あるいは連続して安定した発生が得られない場合を×とした。図９に示すように、本発明範囲にある超音波振動子の周波数が５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下では、腐食試験溶液においても安定したミストが得られることが判る。
【００４６】
（実施例Ｃ１）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を３０℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動がゼロであるときの付着量を測定した。
（実施例Ｃ２）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を３５℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動が−０．５ｃｍであったときの付着量を測定した。
（比較例Ｃ１）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を３５℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動が−１．５であったときの付着量を測定した。
（比較例Ｃ２）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を３０℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動が１．５であったときの付着量を測定した。
（比較例Ｃ３）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を６５℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動がゼロであるときの付着量を測定した。
【００４７】
図１０に実施例Ｃ１からＣ３、比較例Ｃ１からＣ３の付着量を示す。
溶液槽の液面と超音波振動面の距離には最適範囲が存在し、該装置の稼動中に±１ｃｍの範囲に制御するように液面計などを設けることにより、連続稼動においても安定して一定の付着量を得ることができる。また、溶液槽内の溶液温度は超音波振動子の作動に伴う発熱により温度上昇するが、６０℃を超えると付着量の制御が難しくなった。安定した付着量を連続作動中に確保するためには６０℃以下に保持可能な冷却装置を有することが必要である。
【００４８】
（実施例Ｄ１）
３％食塩水において、振動面が［Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％］が２４から２６の範囲にある材質（ＳＵＳ３１０Ｓ）からなる超音波振動子を発振させた。
（実施例Ｄ２）
３％食塩水において、振動面が［Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％］が２２から２７の範囲にある材質（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなる超音波振動子を発振させた。
（実施例Ｄ３）
３％食塩水において、振動面が［Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％］が１８から２０の範囲にある材質（ＳＵＳ３０４）からなる超音波振動子を発振させた。
（比較例Ｄ１）
３％食塩水において、振動面が［Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％］が１以下である材質（ＳＳ）からなる超音波振動子を発振させた。
【００４９】
図１１に１ヵ月後の超音波振動子の不具合状況を示す。ここで、○は不具合がなかったこと、×は不具合により動作しなくなったことを示す。比較例のみ不具合が生じている。
【００５０】
（実施例Ｅ１）
溶液には０．３％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、２つの試料にミストを１５秒間暴露した。
（実施例Ｅ２）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を１５秒間とした。
（実施例Ｅ３）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を３０秒間とした。
（実施例Ｅ４）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を３３０秒間とした。
（比較例Ｅ１）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を５秒間とした。
（比較例Ｅ２）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を６３０秒間とした。
【００５１】
図１２に塩分付着均一性を示す。ここで、２つの試料間で付着量に２倍以上のばらつきのあるものを×、２倍未満のばらつきを○とした。
比較例のみ、付着量のばらつきが２倍以上となっている。
【００５２】
（実施例Ｆ１）
２つの試料を試料台に設置し、溶液には０．０５％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、塩付着量が１０ｍｇ／ｍ２以上となるまで、ミストを暴露した。
（実施例Ｆ２）
２つの試料を試料台に設置し、溶液には０．３％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、塩付着量が１０ｍｇ／ｍ２以上となるまで、ミストを暴露した。
（実施例Ｆ３）
２つの試料を試料台に設置し、溶液には０．８％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、塩付着量が１０ｍｇ／ｍ２以上となるまで、ミストを暴露した。
（比較例Ｆ１）
２つの試料を試料台に設置し、溶液には３％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、塩付着量が１０ｍｇ／ｍ２以上となるまで、ミストを暴露した。
【００５３】
図１３に食塩水濃度と、付着量均一度の関係を示す。
ここで、２つの試料間で付着量に２倍以上のばらつきのあるものを×、２倍未満のばらつきを○とした。比較例のみ、付着量のばらつきが２倍以上となっている。
【００５４】
図１４に 本発明による定量付着装置で実施した乾燥後塩化物付着量と暴露時間の関係を示す。溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用した。図より暴露時間に比例して付着量が制御できることが判る。また、本発明による付着方法は再現性も良好であることがわかる。
【００５５】
図１５に 本発明による定量付着装置で実施した付着乾燥後塩化物形状と本発明内の付着条件の関係を示す。超音波振動子は５°垂線に傾けて設置した。図Ｅより超音波振動子の周波数、および溶液の濃度に応じて付着乾燥後塩化物形状が制御できることが判る。また、本発明による付着方法は形状の再現性も良好であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明にかかる腐食環境模擬装置の構成を示す図（（ａ）側面図、（ｂ）上面図）。
【図２】本発明にかかる試料台の実施形態を示す図。
【図３】本発明にかかる試料台の実施形態を示す図。
【図４】本発明にかかる液面制御手段の構成を示す図（（ａ）側面図、（ｂ）正面図）。
【図５】本発明にかかる腐食環境模擬装置の実施形態を示す図 。
【図６】本発明にかかる腐食環境模擬装置における超音波振動子の設置形態を説明する図 。
【図７】本発明にかかる腐食環境模擬方法の手順を示すフロー図 。
【図８】異なる振動面と溶液槽液面の角度における実施例を示す図 。
【図９】異なる振動周波数における実施例を示す図 。
【図１０】異なる超音波振動子と液面の距離および溶液温度における実施例を示す図 。
【図１１】異なる金属材料による振動面を有する超音波振動子の不具合状況。
【図１２】異なる暴露時間の実施例における付着量均一性を示す図。
【図１３】異なる食塩水濃度の実施例における付着量均一性を示す図。
【図１４】実施例における乾燥後塩化物付着量と暴露時間の関係を示す図 。
【図１５】実施例における付着乾燥後塩化物形状と暴露条件の関係を示す図 。
【符号の説明】
【００５７】
１１ 溶液温度調整手段
１２ 熱交換用ホース
１３ 振動周波数調整手段
１４ 試料
２０ 容器
２１ 溶液槽
２２ 溶液付着槽
２３ 試料台
２３１ 駆動機構
２３２ 回転機構
２４ 隔壁
２５ ゴム栓
２６ 電源コード
２７ 超音波振動子
２７ａ 振動面
２８ 給水ドレン
２９ 排水ドレン
３０ 液面制御手段
３１ 主水槽
３２ 副水槽
３３ 蓋
３４ 注水ドレン
３５ 注水ホース
３６ 貫通穴
ｘ１ 主水槽水面
ｘ２ 副水槽水面
ｘ３ 溶液槽液面
ｒ１ 溶液槽液面と超音波振動子振動面の角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食試験片に腐食試験溶液や腐食促進成分を均一に付着させるための装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
腐食試験環境において腐食原因物質の付着と乾湿繰り返しが併行して、金属材料や有機被覆金属材料の腐食が進行する場合が知られている。主として飛来海塩が付着して生じる大気腐食はその腐食例である。各種用途の大気腐食に対する材料選定方法として多様な促進腐食試験が提案され実施されている。
【０００３】
その主流を占める複合サイクル試験は、基本的に湿潤、乾燥、腐食原因物質の付着工程を組み合わせて行われる。腐食原因物質は多くの場合、食塩や海塩である。従来の食塩や海塩の腐食試験片への付着方法は、食塩水や海水として腐食試験片に噴霧あるいは浸漬する方法が開示され実施されてきた。
【０００４】
一方、実環境での海塩などの飛来量や付着量に関する研究の進歩に伴い、実付着量や付着海塩の形態に関する情報が把握され、これらの要因により腐食試験の結果も影響を受ける可能性が示唆されてきた。
【０００５】
しかし、従来の食塩水や海水として腐食試験片に噴霧あるいは浸漬する方法では、付着量や付着形態の制御は不可能で、腐食促進試験への反映が難しかった。このため腐食促進試験の高度化や高精度化を目的として、実環境と同等の付着量や付着形態を制御する検討がなされてきた。
【０００６】
このような検討として、特許文献１には空気飽和器と噴霧ノズルにより腐食溶液を付着させる方法が開示されている。また、特許文献２ではエアブラシによる付着が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−２１４１２０
【特許文献２】特開２００４−３４０９０７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の腐食試験片への塩化物付着方法は以下に述べる問題を有している。
１）連続的な腐食試験片への付着処理が難しい。
２）試験装置の付着状態が安定化するまでに時間がかかる。
３）付着乾燥後の塩化物付着形状の変更や制御が難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
我々は、付着量と付着乾燥後の形状制御が容易な腐食試験溶液の定量付着方法および装置の検討を行った。その結果、超音波振動子を塩化物などの溶液槽に所定位置に配置し、溶液中での超音波照射により発生した溶液のミストを所定条件のもとに腐食試験片に導くことにより、付着量の制御が可能であることを見出した。
【０００９】
更に、超音波の周波数あるいは溶液濃度の調整により付着乾燥後の塩化物付着形状の変更や制御が可能であることを見出した。付着量の再現性は、溶液槽と腐食試験片の間に適切な仕切り板を配置し、超音波振動子から水面までの水深の制御や最初の腐食試験片装入の時間を最適化することにより大きく向上することを知見し、本発明をするに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
【００１１】
（１）第一の発明は、腐食原因物質を付着させて材料の腐食を模擬する方法であって、腐食原因物質の溶液を超音波振動子によりミスト化させるミスト化手順と、当該ミストに試験体を一定時間暴露する暴露手順と、試験体を乾燥させる乾燥手順を有することを特徴とする腐食環境模擬方法にかかる。
（２）第二の発明は、第一の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、前記超音波振動子が、振動面と前記溶液の液面が３°から６０°の角度をなすように配置されたことを特徴とする。
（３）第三の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、前記超音波振動子を５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下で動作させることを特徴とする。
（４）第四の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、前記超音波振動子の振動面と前期溶液の液面との距離が暴露中に１ｃｍ以上変動しないように溶液の液面を調整することを特徴とする。
（５）第五の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、ミスト化する塩化物溶液の濃度を０．０５〜１．０重量％とすることを特徴とする。
（６）第六の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、腐食物質が乾燥後結晶化する場合に、あらかじめ求めておいた超音波振動子の振動周波数と試験体に付着する腐食原因物質の結晶粒径との関係を参照し、前記超音波噴霧器に備わった超音波振動子の振動周波数を調整することを特徴とする。
（７）第七の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記ミスト化手順においては、あらかじめ求めておいた前期溶液における腐食原因物質の濃度と試験体に付着する腐食原因物質の結晶粒径との関係を参照し、前記溶液における腐食原因物質の濃度を調整することを特徴とする。
（８）第八の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記暴露手順おいては、試験体を暴露時に１方向に一定速度で移動させることを特徴とする。
（９）第九の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記暴露手順においては、試験体を暴露時に１方向に断続的に移動させることを特徴とする。
（１０）第十の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記暴露手順においては、試験体にミストを付着させる槽内で試験体を回転させながらミストを付着させることを特徴とする。
（１１）第十一の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記暴露手順においては、試験体をミストに暴露する時間を１０秒以上１０分以下とすることを特徴とする。
（１２）第十二の発明は、腐食原因物質を付着させて材料の腐食を模擬する装置であって、 腐食原因物質の水溶液を溜めておく溶液槽と、 溶液槽に配置可能な超音波振動子と、超音波振動子でミスト化された前記水溶液が材料に付着するための溶液付着槽と試料台を備えた
腐食環境模擬装置のうち、前記溶液付着槽と前記溶液槽との間には１以上の隔壁を備えるとともに、 前記溶液付着槽は前記水溶液の液面よりも上方で前記溶液槽と結合することを特徴とする腐食環境模擬装置にかかる。
（１３）第十三の発明は、第十二の発明を限定したものであり、前記超音波振動子は、振動面が前記溶液槽における溶液の液面と３°から６０°の角度をなすように配置されたことを特徴とする。
（１４）第十四の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記試料台は、移動により溶液付着槽を出入りするように構成されることを特徴とする。
（１５）第十五の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記試料台は、前記溶液付着層内で回転するように構成されることを特徴とする。
（１６）第十六の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記超音波振動子は、[Ｃｒ含有量]＋[Ｍｏ含有量]ｘ３＞２２ （[含有量]の単位は重量％）を満たす金属材料を振動面に有することを特徴とする。
（１７）第十七の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記溶液槽は、液面高さを一定範囲に調節する液面制御手段を有することを特徴とする。
（１８）第十八の発明は、上述の発明を限定したものであり、前記溶液槽は、溶液温度を一定範囲に調節する溶液温度調整手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超音波振動子により付着に適した腐食溶液のミストを安定して発生することができ、もって付着量と付着乾燥後の形状制御が容易な腐食試験溶液の定量付着が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る腐食環境模擬方法及び装置の好ましい実施形態を挙げ、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
本発明にかかる腐食環境模擬装置を図１に示す。（ａ）は側面図であり、（ｂ）は上面図である。腐食環境模擬装置は容器２０、隔壁２４、試料台２３、超音波振動子２７、電源コード２６、ゴム栓２５、給水ドレン２８、排水ドレン２９、液面調節手段３０を備える。
【００１５】
容器２０は隔壁２４により溶液槽２１と溶液付着槽２２に分けられるが、隔壁２４は容器２０の天井まで達しておらず、溶液槽２１と溶液付着槽２２は空間的につながっている。隔壁２４の上端は溶液付着槽２２にある試料台２３と接続されるが、この接続点は溶液槽２１における液面よりも高くされる。これにより、溶液槽２１の溶液が直接溶液付着槽２２に流入することを防ぐことができる。
【００１６】
溶液槽２１には超音波振動子２７が置かれる。超音波振動子を駆動するための電源コード２６はゴム栓で支持され容器２０の外に引き出される。上面図（ｂ）からわかるように、本実施形態では超音波振動子、電源コード、ゴム栓ともに３個備わっているが、本発明はこの個数に限られない。
【００１７】
給水ドレン２８は液面調節手段から溶液の供給を受け、排水ドレン２９は溶液槽内の溶液を容器外へ排出するために使用する。給水ドレン２８、排水ドレン２９ともに図示しないが弁を備えることが好ましい。
【００１８】
溶液槽２１にある溶液は、超音波振動子２７によりミスト化され、溶液槽２１と溶液付着槽２２間の空間を通って溶液付着槽に移り、試料台２３に設置された試料１４に付着する。
【００１９】
超音波振動子２７の振動面はクロムとモリブデンの配合率が合計で２２重量％を超える金属が材料であることが好ましい。これにより、長期間発振しても性能の劣化がおきにくい。
【００２０】
試料台２３は、バットのようなもので構成されてもよいが（第一の実施形態）、後述するように、移動、回転するように構成されてもよい。
【００２１】
図２は試料台２３の第二の実施形態を示したものである。
試料台２３は駆動機構２３１を備え、図示するように駆動可能に、溶液付着槽２２の外壁を貫くように設置される。
これにより、試料は一定速度又は断続的に溶液付着層に搬入、搬出され、試料ごとの付着量のむらを小さくすることができる。
【００２２】
図３は試料台２３の第三の実施形態を示したものである。
試料台２３は、回転機構２３２を備え、溶液付着槽２２内に回転可能に設置される。これにより、試料は試料台２３の回転軸を中心に溶液付着槽２２内を回転運動することになり、付着量のむらを小さくすることができる。
【００２３】
図４は液面制御手段３０の構成を示す図である。（ａ）は側面図であり、（ｂ）は容器２０側から見た正面図である。液面制御手段は主水槽３１、副水槽３２、蓋３３、注水ドレン３４、注水ホース３５からなる。主水槽３１に入れた溶液は貫通孔３６を通して副水槽へ流れ、副水槽３２から注水ドレン３４および注水ホース３５を経由して給水ドレン２８に供給される。
【００２４】
主水槽３１の上部は蓋３３により閉じられる一方で副水槽３２の上部は開放されている。このため、副水槽の液面ｘ２が貫通穴よりも高くなると、主水槽３１は密封状態となり、それ以上主水槽３１から副水槽３２へ溶液が流れず、主水槽液面ｘ１および副水槽液面ｘ２は安定する。
【００２５】
超音波振動子２７が動作し溶液槽２１の液量が減少すると、副水槽液面ｘ２が低下するが、副水槽液面ｘ２が貫通孔３６にかかると、主水槽３１の密封が壊れ、主水槽３１から副水槽３２へ腐食液が流れ、副水槽液面ｘ２を上げる。副水槽液面ｘ２が貫通孔３６よりも高くなると、主水槽３１は再び密封され、それ以上主水槽３１から副水槽３２へ腐食液が流れず、主水槽液面ｘ１および副水槽液面ｘ２は安定する。
【００２６】
以上の機構により、ミストを発生して溶液を消費しても、副水槽液面ｘ２は貫通孔３７付近で上下するにとどまる。副水槽液面ｘ２は溶液槽液面ｘ３とほぼ等しくなるので、結果として、ミスト発生中において溶液槽液面ｘ３が一定の範囲で保持される。
【００２７】
図５は溶液槽２１における超音波振動子２７の設置形態を説明する図である。振動面２７ａは溶液槽液面ｘ３の少し下にあり、ｘ３と一定の角度ｒ１をなすように調整される。なお、振動面２７と液面ｘ３の最適距離は周波数および主水槽の形状に依存する。ミスト発生が効率よく生じる位置に振動面２７を調整するが、通常は１〜１０ｃｍとなる。
【００２８】
図６は本発明にかかる腐食環境模擬装置のもう一つの実施形態を説明する図である。腐食環境模擬装置には振動周波数制御手段１３および溶液温度調整手段１１を備えても良い。
【００２９】
周波数制御手段１３は超音波振動子２７へ供給する電圧や周波数を制御することで振動周波数を制御する。また、溶液温度調整手段１１は熱交換用ホース１２を介して溶液槽の液温を調整する。
【００３０】
本発明にかかる腐食環境模擬方法の手順を図７に示す。
まず超音波振動子２７を溶液槽２１に設置し（Ｓ１）、振動周波数および振動面の角度を調整する（Ｓ２）。
【００３１】
超音波振動子の周波数は５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下であることが好ましい。５００Ｈｚ未満の低周波数では塩化物溶液中でミストを生成することができず、また、２０ＭＨｚよりも高い周波数では水溶液中での減衰が著しく適切な位置に発振面を配置することが難しい。また、超音波振動子の周波数を調整することで、腐食試験体に付着乾燥後の結晶化した付着物の大きさを制御できる。高周波数になるに従い粒径は小さくなる。
【００３２】
超音波振動子の振動面の垂線は溶液槽と溶液面より上方に位置した空間方向に対して反対方向に３度から６０度傾けて配置することが好ましい。３度未満では超音波振動子から飛び散る飛沫が溶液付着槽に入る可能性が高く、また６０度を超えて傾けると振動面から垂直方向の溶液面までの距離が長くなりミストの発生効率が著しく低下する。
【００３３】
次に主水槽へ腐食溶液を注入する（Ｓ３）。溶液中の付着対象成分濃度を変化させることによって腐食試験体に付着乾燥後の結晶化した付着物の大きさを制御できる。溶液濃度が低下するに従い付着物は小さくなる。また、塩化物において１０ｍｇ/ｍ２程度の低付着量を精度よく制御する場合にも低濃度の溶液を使用すると有効である
【００３４】
具体的には、ミスト化する塩化物溶液中の濃度は０．０５〜１．０重量％であことが好ましい。濃度が低いと、十分に溶液が付着しないが、濃度が１．０重量％以上だと短時間で付着過多となり、付着量の制御が難しいからである。
【００３５】
超音波振動子を動作させ（Ｓ４）、ミストの発生状況を監視する（Ｓ５）。安定したミストが溶液付着槽２２に流れ込んでいるようであれば（Ｓ６）、試料台に試料を設置する（Ｓ７）。
【００３６】
試料を一定時間ミストに暴露させる（Ｓ８）。この際、溶液槽液面ｘ１と超音波発振面の距離を±１ｃｍの範囲に保持することが望ましい。連続的に溶液をミストにすることにより液面が低下するが、溶液の液面から超音波振動子の発振面までの距離の変動が１ｃｍを越えると、試料に対する乾燥後の結晶化した付着物の大きさや単位面積当たりの付着量のばらつきが大きくなる。
【００３７】
暴露中に、前述したように、試料台が移動、回転することでより均一な付着が可能になる。
【００３８】
また、ミストに暴露する時間は１０秒以上１０分以下とすることが好ましい。１０秒以下では、十分に付着しないが、１０分以上暴露すると、付着量の不均一が顕著になってしまう。
【００３９】
溶液槽内の溶液温度は、６０℃以下に保持されることが望ましい。超音波振動子を連続的に使用すると振動子の発熱により溶液の温度が上昇するが、温度上昇は溶液界面の水蒸気分圧の上昇に起因したミスト粒径や発生量の変動をもたらす。このため腐食試験片への付着量などの変化を生じさせる。
【００４０】
暴露後は試料を容器から取り出す（Ｓ９）。加えて、試料を恒温恒湿槽内で乾燥させることにより所定形状の付着物を腐食試験体へ一定量かつ均一に付着することが可能である。
【００４１】
（実施例）
本発明により、７Ｘ７ｃｍ、厚さ２ｍｍのステンレス板に対する付着試験を以下に示すように行った。なお、単位面積当りの塩化物付着量は付着後、純水で洗浄し洗浄溶液中の塩化物濃度をイオンクロマトグラフで測定することで算出した。また、乾燥後の塩化物結晶形状は、塩化物溶液を付着した試験板を相対湿度２０％以下に保持した恒温恒湿槽に入れＳＥＭにて観測した。
【００４２】
（実施例Ａ１）
３％ＮａＣｌ溶液を入れた樹脂性容器の中に３ＭＨｚの超音波振動子を水面の鉛直方向に対して４度傾けて浸漬し、超音波振動子を５分以上連続作動させた。
（実施例Ａ２）
超音波振動子を１０度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（実施例Ａ３）
超音波振動子を４５度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（比較例Ａ１）
超音波振動子をゼロ度（垂直方向）とし、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（比較例Ａ２）
超音波振動子を２度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（比較例Ａ３）
超音波振動子を６５度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
（比較例Ａ４）
超音波振動子を８０度傾け、それ以外は実施例１と同じ条件で超音波振動子を動作させた。
【００４３】
図８に、実施例Ａ１〜Ａ３、比較例Ａ１〜Ａ４のミストの発生状況を示す、ミストが安定して発生した場合を○、ミストが発生しない、あるいは連続して安定した発生が得られない場合を×とした。図５に示すように、本発明範囲にある超音波振動子の発振面の垂線を溶液面に対して３度から３０度傾けて振動子を配置することにより腐食試験溶液においても安定したミストが得られることが判る。振動子を傾けた方向には水面から溶液の飛沫が生じるため、振動子を傾ける方向は、溶液槽と溶液面より上方に位置した空間方向に対して反対方向にとすることが好ましい。
【００４４】
（実施例Ｂ１）
３％ＮａＣｌ溶液を入れた樹脂性容器の中に超音波振動子を垂直方向から５度傾けて浸漬し、８００Ｈｚで５分以上連続作動させた。
（実施例Ｂ２）
超音波振動子の動作周波数を１０ｋＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（実施例Ｂ３）
超音波振動子の動作周波数を１ＭＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（実施例Ｂ４）
超音波振動子の動作周波数を４ＭＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（実施例Ｂ５）
超音波振動子の動作周波数を１８ＭＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（比較例Ｂ１）
超音波振動子の動作周波数を４００Ｈｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
（比較例Ｂ２）
超音波振動子の動作周波数を１００ＭＨｚとし、あとは実施例Ｂ１と同じ条件で５分以上連続作動させた。
【００４５】
実施例Ｂ１〜Ｂ５及び比較例Ｂ１、Ｂ２のミストの発生状態を図９に示す。ミストが安定して発生した場合を○、ミストが発生しない、あるいは連続して安定した発生が得られない場合を×とした。図９に示すように、本発明範囲にある超音波振動子の周波数が５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下では、腐食試験溶液においても安定したミストが得られることが判る。
【００４６】
（実施例Ｃ１）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を３０℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動がゼロであるときの付着量を測定した。
（実施例Ｃ２）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を３５℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動が−０．５ｃｍであったときの付着量を測定した。
（比較例Ｃ１）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を３５℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動が−１．５であったときの付着量を測定した。
（比較例Ｃ２）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を３０℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動が１．５であったときの付着量を測定した。
（比較例Ｃ３）
溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用して、溶液温度を６５℃として超音波振動子を動作させ、初期からの液面変動がゼロであるときの付着量を測定した。
【００４７】
図１０に実施例Ｃ１からＣ３、比較例Ｃ１からＣ３の付着量を示す。
溶液槽の液面と超音波振動面の距離には最適範囲が存在し、該装置の稼動中に±１ｃｍの範囲に制御するように液面計などを設けることにより、連続稼動においても安定して一定の付着量を得ることができる。また、溶液槽内の溶液温度は超音波振動子の作動に伴う発熱により温度上昇するが、６０℃を超えると付着量の制御が難しくなった。安定した付着量を連続作動中に確保するためには６０℃以下に保持可能な冷却装置を有することが必要である。
【００４８】
（実施例Ｄ１）
３％食塩水において、振動面が［Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％］が２４から２６の範囲にある材質（ＳＵＳ３１０Ｓ）からなる超音波振動子を発振させた。
（実施例Ｄ２）
３％食塩水において、振動面が［Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％］が２２から２７の範囲にある材質（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなる超音波振動子を発振させた。
（実施例Ｄ３）
３％食塩水において、振動面が［Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％］が１８から２０の範囲にある材質（ＳＵＳ３０４）からなる超音波振動子を発振させた。
（比較例Ｄ１）
３％食塩水において、振動面が［Ｃｒ重量％＋Ｍｏ重量％］が１以下である材質（ＳＳ）からなる超音波振動子を発振させた。
【００４９】
図１１に１ヵ月後の超音波振動子の不具合状況を示す。ここで、○は不具合がなかったこと、×は不具合により動作しなくなったことを示す。比較例のみ不具合が生じている。
【００５０】
（実施例Ｅ１）
溶液には０．３％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、２つの試料にミストを１５秒間暴露した。
（実施例Ｅ２）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を１５秒間とした。
（実施例Ｅ３）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を３０秒間とした。
（実施例Ｅ４）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を３３０秒間とした。
（比較例Ｅ１）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を５秒間とした。
（比較例Ｅ２）
実施例Ｅ１と同条件で、ただし暴露時間を６３０秒間とした。
【００５１】
図１２に塩分付着均一性を示す。ここで、２つの試料間で付着量に２倍以上のばらつきのあるものを×、２倍未満のばらつきを○とした。
比較例のみ、付着量のばらつきが２倍以上となっている。
【００５２】
（実施例Ｆ１）
２つの試料を試料台に設置し、溶液には０．０５％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、塩付着量が１０ｍｇ／ｍ２以上となるまで、ミストを暴露した。
（実施例Ｆ２）
２つの試料を試料台に設置し、溶液には０．３％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、塩付着量が１０ｍｇ／ｍ２以上となるまで、ミストを暴露した。
（実施例Ｆ３）
２つの試料を試料台に設置し、溶液には０．８％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、塩付着量が１０ｍｇ／ｍ２以上となるまで、ミストを暴露した。
（比較例Ｆ１）
２つの試料を試料台に設置し、溶液には３％食塩水を、３ＭＨzの超音波振動子を使用して、塩付着量が１０ｍｇ／ｍ２以上となるまで、ミストを暴露した。
【００５３】
図１３に食塩水濃度と、付着量均一度の関係を示す。
ここで、２つの試料間で付着量に２倍以上のばらつきのあるものを×、２倍未満のばらつきを○とした。比較例のみ、付着量のばらつきが２倍以上となっている。
【００５４】
図１４に 本発明による定量付着装置で実施した乾燥後塩化物付着量と暴露時間の関係を示す。溶液には３％食塩水を、超音波振動子には本発明範囲に設置した３ＭＨzの超音波振動子を使用した。図より暴露時間に比例して付着量が制御できることが判る。また、本発明による付着方法は再現性も良好であることがわかる。
【００５５】
図１５に 本発明による定量付着装置で実施した付着乾燥後塩化物形状と本発明内の付着条件の関係を示す。超音波振動子は５°垂線に傾けて設置した。図Ｅより超音波振動子の周波数、および溶液の濃度に応じて付着乾燥後塩化物形状が制御できることが判る。また、本発明による付着方法は形状の再現性も良好であることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明にかかる腐食環境模擬装置の構成を示す図（（ａ）側面図、（ｂ）上面図）。
【図２】本発明にかかる試料台の実施形態を示す図。
【図３】本発明にかかる試料台の実施形態を示す図。
【図４】本発明にかかる液面制御手段の構成を示す図（（ａ）側面図、（ｂ）正面図）。
【図５】本発明にかかる腐食環境模擬装置の実施形態を示す図 。
【図６】本発明にかかる腐食環境模擬装置における超音波振動子の設置形態を説明する図 。
【図７】本発明にかかる腐食環境模擬方法の手順を示すフロー図 。
【図８】異なる振動面と溶液槽液面の角度における実施例を示す図 。
【図９】異なる振動周波数における実施例を示す図 。
【図１０】異なる超音波振動子と液面の距離および溶液温度における実施例を示す図 。
【図１１】異なる金属材料による振動面を有する超音波振動子の不具合状況。
【図１２】異なる暴露時間の実施例における付着量均一性を示す図。
【図１３】異なる食塩水濃度の実施例における付着量均一性を示す図。
【図１４】実施例における乾燥後塩化物付着量と暴露時間の関係を示す図 。
【図１５】実施例における付着乾燥後塩化物形状と暴露条件の関係を示す図 。
【符号の説明】
【００５７】
１１ 溶液温度調整手段
１２ 熱交換用ホース
１３ 振動周波数調整手段
１４ 試料
２０ 容器
２１ 溶液槽
２２ 溶液付着槽
２３ 試料台
２３１ 駆動機構
２３２ 回転機構
２４ 隔壁
２５ ゴム栓
２６ 電源コード
２７ 超音波振動子
２７ａ 振動面
２８ 給水ドレン
２９ 排水ドレン
３０ 液面制御手段
３１ 主水槽
３２ 副水槽
３３ 蓋
３４ 注水ドレン
３５ 注水ホース
３６ 貫通穴
ｘ１ 主水槽水面
ｘ２ 副水槽水面
ｘ３ 溶液槽液面
ｒ１ 溶液槽液面と超音波振動子振動面の角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食原因物質を付着させて材料の腐食を模擬する方法であって、
腐食原因物質の溶液を超音波振動子によりミスト化させるミスト化手順と、
当該ミストに試験体を一定時間暴露する暴露手順と、
試験体を乾燥させる乾燥手順を有することを特徴とする
腐食環境模擬方法。
【請求項２】
前記ミスト化手順においては、
前記超音波振動子が、
振動面と前記溶液の液面が３°から６０°の角度をなすように配置されたことを特徴とする
請求項１に記載の腐食環境模擬方法。
【請求項３】
前記ミスト化手順においては、
前記超音波振動子を５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下で動作させることを特徴とする
請求項１又は２に記載の腐食環境模擬方法。
【請求項４】
前記ミスト化手順においては、
前記超音波振動子の振動面と前期溶液の液面との距離が暴露中に１ｃｍ以上変動しないように溶液の液面を調整することを特徴とする
請求項１から３の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項５】
前記ミスト化手順においては、
ミスト化する塩化物溶液の濃度を０．０５〜１．０重量％とすることを特徴とする
請求項１から４の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項６】
前記ミスト化手順においては、
腐食物質が乾燥後結晶化する場合に、
あらかじめ求めておいた超音波振動子の振動周波数と試験体に付着する腐食原因物質の結晶粒径との関係を参照し、
前記超音波噴霧器に備わった超音波振動子の振動周波数を調整することを特徴とする
請求項１から５の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項７】
前記ミスト化手順においては、
あらかじめ求めておいた前期溶液における腐食原因物質の濃度と試験体に付着する腐食原因物質の結晶粒径との関係を参照し、前記溶液における腐食原因物質の濃度を調整することを特徴とする、
請求項１から６の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項８】
前記暴露手順おいては、
試験体を暴露時に１方向に一定速度で移動させることを特徴とする
請求項１から７の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項９】
前記暴露手順においては、
試験体を暴露時に１方向に断続的に移動させることを特徴とする
請求項１から７の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項１０】
前記暴露手順においては、
試験体にミストを付着させる槽内で試験体を回転させながらミストを付着させることを特徴とする
請求項１から７の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項１１】
前記暴露手順においては、
試験体をミストに暴露する時間を１０秒以上１０分以下とすることを特徴とする
請求項１から１０の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項１２】
腐食原因物質を付着させて材料の腐食を模擬する装置であって、
腐食原因物質の水溶液を溜めておく溶液槽と、
溶液槽に配置可能な超音波振動子と、
超音波振動子でミスト化された前記水溶液が材料に付着するための溶液付着槽と
試料台を備えた腐食環境模擬装置のうち、
前記溶液付着槽と前記溶液槽との間には１以上の隔壁を備えるとともに、
前記溶液付着槽は前記水溶液の液面よりも上方で前記溶液槽と結合することを特徴とする
腐食環境模擬装置。
【請求項１３】
前記超音波振動子は、
振動面が前記溶液槽における溶液の液面と３°から６０°の角度をなすように配置されたことを特徴とする
前記請求項１２に記載の腐食環境模擬装置
【請求項１４】
前記試料台は、
移動により溶液付着槽を出入りするように構成されることを特徴とする
請求項１２又は１３に記載の腐食環境模擬装置。
【請求項１５】
前記試料台は、
前記溶液付着層内で回転するように構成されることを特徴とする
請求項１２から１４の何れかに記載の腐食環境模擬装置。
【請求項１６】
前記超音波振動子は、
[Ｃｒ含有量]＋[Ｍｏ含有量]ｘ３＞２２ （[含有量]の単位は重量％）
を満たす金属材料を振動面に有することを特徴とする
請求項１２から１５の何れかに記載の腐食環境模擬装置。
【請求項１７】
前記溶液槽は、
液面高さを一定範囲に調節する液面制御手段を有することを特徴とする
請求項１２から１６の何れかに記載の腐食環境模擬装置
【請求項１８】
前記溶液槽は、
溶液温度を一定範囲に調節する溶液温度調整手段を有することを特徴とする
請求項１２から１７の何れかに記載の腐食環境模擬装置。
【請求項１】
腐食原因物質を付着させて材料の腐食を模擬する方法であって、
腐食原因物質の溶液を超音波振動子によりミスト化させるミスト化手順と、
当該ミストに試験体を一定時間暴露する暴露手順と、
試験体を乾燥させる乾燥手順を有することを特徴とする
腐食環境模擬方法。
【請求項２】
前記ミスト化手順においては、
前記超音波振動子が、
振動面と前記溶液の液面が３°から６０°の角度をなすように配置されたことを特徴とする
請求項１に記載の腐食環境模擬方法。
【請求項３】
前記ミスト化手順においては、
前記超音波振動子を５００Ｈｚ以上２０ＭＨｚ以下で動作させることを特徴とする
請求項１又は２に記載の腐食環境模擬方法。
【請求項４】
前記ミスト化手順においては、
前記超音波振動子の振動面と前期溶液の液面との距離が暴露中に１ｃｍ以上変動しないように溶液の液面を調整することを特徴とする
請求項１から３の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項５】
前記ミスト化手順においては、
ミスト化する塩化物溶液の濃度を０．０５〜１．０重量％とすることを特徴とする
請求項１から４の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項６】
前記ミスト化手順においては、
腐食物質が乾燥後結晶化する場合に、
あらかじめ求めておいた超音波振動子の振動周波数と試験体に付着する腐食原因物質の結晶粒径との関係を参照し、
前記超音波噴霧器に備わった超音波振動子の振動周波数を調整することを特徴とする
請求項１から５の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項７】
前記ミスト化手順においては、
あらかじめ求めておいた前期溶液における腐食原因物質の濃度と試験体に付着する腐食原因物質の結晶粒径との関係を参照し、前記溶液における腐食原因物質の濃度を調整することを特徴とする、
請求項１から６の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項８】
前記暴露手順おいては、
試験体を暴露時に１方向に一定速度で移動させることを特徴とする
請求項１から７の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項９】
前記暴露手順においては、
試験体を暴露時に１方向に断続的に移動させることを特徴とする
請求項１から７の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項１０】
前記暴露手順においては、
試験体にミストを付着させる槽内で試験体を回転させながらミストを付着させることを特徴とする
請求項１から７の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項１１】
前記暴露手順においては、
試験体をミストに暴露する時間を１０秒以上１０分以下とすることを特徴とする
請求項１から１０の何れかに記載の腐食環境模擬方法。
【請求項１２】
腐食原因物質を付着させて材料の腐食を模擬する装置であって、
腐食原因物質の水溶液を溜めておく溶液槽と、
溶液槽に配置可能な超音波振動子と、
超音波振動子でミスト化された前記水溶液が材料に付着するための溶液付着槽と
試料台を備えた腐食環境模擬装置のうち、
前記溶液付着槽と前記溶液槽との間には１以上の隔壁を備えるとともに、
前記溶液付着槽は前記水溶液の液面よりも上方で前記溶液槽と結合することを特徴とする
腐食環境模擬装置。
【請求項１３】
前記超音波振動子は、
振動面が前記溶液槽における溶液の液面と３°から６０°の角度をなすように配置されたことを特徴とする
前記請求項１２に記載の腐食環境模擬装置
【請求項１４】
前記試料台は、
移動により溶液付着槽を出入りするように構成されることを特徴とする
請求項１２又は１３に記載の腐食環境模擬装置。
【請求項１５】
前記試料台は、
前記溶液付着層内で回転するように構成されることを特徴とする
請求項１２から１４の何れかに記載の腐食環境模擬装置。
【請求項１６】
前記超音波振動子は、
[Ｃｒ含有量]＋[Ｍｏ含有量]ｘ３＞２２ （[含有量]の単位は重量％）
を満たす金属材料を振動面に有することを特徴とする
請求項１２から１５の何れかに記載の腐食環境模擬装置。
【請求項１７】
前記溶液槽は、
液面高さを一定範囲に調節する液面制御手段を有することを特徴とする
請求項１２から１６の何れかに記載の腐食環境模擬装置
【請求項１８】
前記溶液槽は、
溶液温度を一定範囲に調節する溶液温度調整手段を有することを特徴とする
請求項１２から１７の何れかに記載の腐食環境模擬装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−１２１２６３（Ｐ２００７−１２１２６３Ａ）
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０７４８７（Ｐ２００６−１０７４８７）
【出願日】平成１８年４月１０日（２００６．４．１０）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１７日（２００７．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１０日（２００６．４．１０）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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