腐食

腐食は、精製された金属をより化学的に安定した酸化物に変える自然のプロセスです。これは、材料（通常は金属）が周囲の環境と化学的または電気化学的に反応して徐々に劣化する現象です。腐食工学は、腐食の制御と防止に特化した分野です。^{[1] [2]}

最も一般的な用法では、これは酸素、水素、水酸化物などの酸化剤との反応による金属の電気化学的 酸化を意味します。赤橙色の鉄酸化物の形成である錆びは、電気化学的腐食のよく知られた例です。このタイプの腐食は通常、元の金属の酸化物または塩を生成し、独特の色になります。腐食は、セラミックやポリマーなど、金属以外の材料でも発生する可能性がありますが、この文脈では「劣化」という用語の方が一般的です。腐食は、機械的強度、外観、液体やガスの透過性など、材料や構造の有用な特性を劣化させます。腐食性は、腐食性とは区別されます。前者は機械的劣化を意味し、後者は化学的劣化を意味します。^[3]

多くの構造用合金は、空気中の水分にさらされるだけで腐食しますが、特定の物質にさらされると腐食プロセスが大きく影響を受けることがあります。腐食は局所的に集中して穴や亀裂を形成する場合もあれば、広範囲に広がって表面をほぼ均一に腐食する場合もあります。腐食は拡散制御プロセスであるため、露出した表面で発生します。その結果、露出した表面の活性を低下させる方法、たとえば不動態化やクロメート変換によって、材料の耐腐食性を高めることができます。ただし、腐食メカニズムの中には目に見えにくく、予測しにくいものもあります。

腐食の化学は複雑で、電気化学現象と考えることができます。鉄製の物体の表面の特定の箇所が腐食すると、酸化が起こり、その箇所は陽極として機能します。この陽極の箇所で放出された電子は金属を通って物体の別の箇所に移動し、 H ⁺の存在下でその箇所の酸素を還元します（H + は、大気の湿潤空気状態で空気中の二酸化炭素が水に溶解することによって形成された炭酸（H ₂ CO ₃ ）から利用可能であると考えられています。水中の水素イオンも、大気中の他の酸性酸化物の溶解によって利用可能になる場合があります）。この箇所は陰極として機能します。

ガルバニック腐食は、2 つの異なる金属が物理的または電気的に接触し、共通の電解液に浸漬されている場合、または同じ金属が異なる濃度の電解液にさらされている場合に発生します。ガルバニックカップルでは、​​より活性な金属 (陽極) は加速的に腐食し、より貴な金属(陰極) はより遅い速度で腐食します。別々に浸漬した場合、各金属はそれぞれの速度で腐食します。使用する金属の種類は、ガルバニック系列に従うことで簡単に決定できます。たとえば、亜鉛は鉄骨構造物の犠牲陽極としてよく使用されます。ガルバニック腐食は海洋産業で大きな関心事であり、また水 (塩分を含む) がパイプや金属構造物に接触するあらゆる場所で発生します。

陽極の相対的な大きさ、金属の種類、動作条件（温度、湿度、塩分濃度など）などの要因がガルバニック腐食に影響します。 ^[4]陽極と陰極の表面積比は、材料の腐食速度に直接影響します。ガルバニック腐食は、多くの場合、犠牲陽極の使用によって防止されます。

どのような環境でも (標準的な媒体の 1 つは、空気を含んだ室温の海水です)、ある金属は、その金属のイオンが表面にどれだけ強く結合しているかに基づいて、他の金属よりも貴であるか、またはより活性であるかのいずれかになります。電気的に接触している 2 つの金属は同じ電子を共有するため、各表面での「綱引き」は、2 つの材料間の自由電子の競争に似ています。電解質を同じ方向へのイオンの流れのホストとして使用して、貴金属は活性な金属から電子を受け取ります。結果として生じる質量流量または電流を測定すると、対象の媒体内の材料の階層を確立できます。この階層はガルバニック系列と呼ばれ、腐食を予測および理解するのに役立ちます。

多くの場合、腐食生成物を化学的に除去することが可能です。たとえば、鉄製の工具や表面には、錆を除去するために、ネーバルゼリーの形のリン酸がよく使用されます。腐食除去は、表面を滑らかにするために下層の金属層を除去する電解研磨と混同しないでください。たとえば、リン酸は銅の電解研磨にも使用できますが、これは銅腐食生成物を除去するのではなく、銅を除去することによって行われます。

金属の中には、他の金属よりも本質的に耐腐食性に優れているものがあります（例については、ガルバニック腐食列を参照）。金属を腐食（酸化）から保護する方法としては、塗装、溶融亜鉛めっき、陰極防食、およびこれらの組み合わせなど、さまざまな方法があります。 ^[5]

腐食に対して最も耐性のある材料は、腐食が熱力学的に不利な材料です。金やプラチナの腐食生成物は、自然に純粋な金属に分解する傾向があります。そのため、これらの元素は地球上で金属の形で発見され、長い間重宝されてきました。より一般的な「卑」金属は、より一時的な手段でしか保護できません。

一部の金属は、腐食が熱力学的に好ましいにもかかわらず、反応速度が自然に遅い。これには、亜鉛、マグネシウム、カドミウムなどの金属が含まれる。これらの金属の腐食は継続的かつ進行中であるが、その速度は許容できるほど遅い。極端な例はグラファイトで、酸化時に大量のエネルギーを放出するが、反応速度が非常に遅いため、通常の条件下では電気化学的腐食を実質的に受けない。

不動態化とは、金属の表面に腐食生成物の極薄フィルム（不動態膜）が自然に形成され、それ以上の酸化を防ぐバリアとして機能することを指します。不動態膜の化学組成と微細構造は、下地の金属とは異なります。アルミニウム、ステンレス鋼、合金上の不動態膜の一般的な厚さは 10 ナノメートル以内です。不動態膜は、加熱により形成され、厚さがマイクロメートルの範囲にある酸化物層とは異なります。不動態膜は除去または損傷されても回復しますが、酸化物層は回復しません。中程度のpH の空気、水、土壌などの自然環境での不動態化は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、シリコンなどの材料で見られます。

不動態化は主に冶金学的要因と環境的要因によって決まります。pH の影響はプールベ図を使用してまとめられますが、他の多くの要因も影響します。不動態化を阻害する条件には、アルミニウムと亜鉛の場合は高 pH、ステンレス鋼の場合は低 pH または塩化物イオンの存在、チタンの場合は高温 (この場合、酸化物は電解質ではなく金属に溶解します)、シリコンの場合はフッ化物イオンなどがあります。一方、異常な条件では、通常は保護されていない材料が不動態化することがあります。たとえば、コンクリートのアルカリ環境が鉄筋 に不動態化を引き起こします。水銀や高温のはんだなどの液体金属にさらされると、不動態化のメカニズムが回避されることがよくあります。

電気化学走査トンネル顕微鏡を用いた実験では、鉄の不動態化の過程で、金属との界面にn型半導体のFe(III)酸化物が成長し、電子の流れを妨げる電子障壁と、さらなる酸化反応を防ぐ電子空乏領域が形成されることが示されています。これらの結果は、「電子不動態化」のメカニズムを示しています。 ^{[6] [7] [8]この半導体酸化膜の電子特性は、}塩化物によって媒介される腐食のメカニズムも説明しており、塩化物は酸化物表面に表面状態を作り出し、電子のブレークスルー、陽極電流の回復、電子不動態化メカニズムの破壊につながります。^[9]

不動態化は腐食による損傷を軽減するのに非常に有効ですが、不動態化膜を形成する能力が妨げられると、高品質の合金でも腐食します。特定の環境に適したグレードの材料を適切に選択することが、このグループの材料の長期的な性能にとって重要です。化学的または機械的要因により不動態膜に破壊が発生した場合、結果として生じる主な腐食モードには、孔食、隙間腐食、応力腐食割れなどがあります。

酸素濃度が低い場合や、塩化物など陰イオンとして競合する種の濃度が高い場合など、特定の条件は、特定の合金の不動態皮膜を再形成する能力を妨げる可能性があります。最悪の場合、表面のほぼ全体が保護されたままになりますが、わずかな局所的な変動により、いくつかの重要なポイントで酸化膜が劣化します。これらのポイントでの腐食は大幅に増幅され、条件によっては数種類の腐食ピットが発生する可能性があります。腐食ピットはかなり極端な状況でのみ核形成しますが、ピットの内部は自然に酸素が不足し、局所的に pH が非常に低い値に低下し、自己触媒プロセスにより腐食速度が増加するため、条件が正常に戻っても腐食ピットは成長し続ける可能性があります。極端な場合、極端に長くて狭い腐食ピットの鋭い先端により、通常は頑丈な合金が粉砕されるほどの応力集中が発生する可能性があります。目に見えないほど小さな穴が開いた薄膜により、親指サイズのピットが視界から隠れることがあります。これらの問題は、部品や構造が破損する前に検出することが難しいため、特に危険です。孔食は不動態化合金における腐食の中で最も一般的で損傷を与える形態の1つですが、^[10]合金の環境を制御することで防止できます。

孔食は、通常、小さな領域の不動態化の結果として、金属に小さな穴または空洞が形成されることで発生します。この領域は陽極になり、残りの金属の一部は陰極になり、局所的なガルバニック反応が発生します。この小さな領域の劣化は金属に浸透し、故障につながる可能性があります。この形態の腐食は、通常比較的小さく、腐食によって生成された化合物で覆われて隠れる可能性があるため、検出が困難な場合が多くあります。

ステンレス鋼は、その不動態化挙動が主要な合金成分 (クロム、少なくとも 11.5%)の存在に依存するため、特別な腐食の問題を引き起こす可能性があります。溶接と熱処理の温度が上昇するため、ステンレス合金の粒界に炭化クロムが形成される可能性があります。この化学反応により、粒界付近の領域から材料のクロムが失われ、それらの領域の耐腐食性が大幅に低下します。これにより、近くの十分に保護された合金とのガルバニックカップルが形成され、腐食性の高い環境では「溶接腐食」(熱影響部の粒界の腐食) が発生します。このプロセスにより、時間の経過とともに溶接継手の機械的強度が大幅に低下する可能性があります。

ステンレス鋼は、微細構造に炭化クロムが形成されると「鋭敏化」していると言われます。標準化されたタイプ 304 ステンレス鋼の典型的な微細構造には鋭敏化の兆候は見られませんが、鋭敏化が進んだ鋼には粒界析出物の存在が見られます。鋭敏化された微細構造の暗い線は、粒界に沿って形成された炭化クロムのネットワークです。

炭素含有量の少ない特殊合金、またはチタンやニオブ(それぞれタイプ 321 と 347)などの炭素「ゲッター」を添加した特殊合金は、この影響を防ぐことができますが、後者は「ナイフライン アタック」と同様の現象を防ぐために、溶接後に特別な熱処理が必要です。その名前が示すように、腐食は溶接に隣接する非常に狭い領域に限定され、幅が数マイクロメートルしかない場合が多く、さらに目立ちにくくなります。

隙間腐食は、環境からの作動流体のアクセスが制限されている限られた空間 (隙間) で発生する局所的な腐食です。差圧通気セル^{[詳細な説明が必要]}の形成により、隙間内部の腐食が発生します。隙間の例としては、部品間の隙間や接触領域、ガスケットやシールの下、亀裂や継ぎ目の内側、堆積物で満たされた空間、スラッジの堆積物の下などがあります。

隙間腐食は、隙間の種類 (金属間、金属と非金属間)、隙間の形状 (サイズ、表面仕上げ)、冶金学的要因、環境的要因によって影響を受けます。隙間腐食に対する感受性は、ASTM 標準手順で評価できます。隙間腐食の臨界温度は、一般的に、材料の隙間腐食耐性をランク付けするために使用されます。

化学産業において、水素溝腐食とは、腐食剤、腐食した配管成分、水素ガス泡の相互作用によって溝が作られる配管の腐食を指します。^[11]たとえば、硫酸( H ₂ SO ₄ ) が鋼管内を流れると、鋼鉄中の鉄が酸と反応して硫酸鉄( FeSO ₄ ) と水素ガス ( H ₂ )の不動態皮膜を形成します。硫酸鉄皮膜は鋼鉄をそれ以上の反応から保護しますが、水素泡がこの皮膜に接触すると、皮膜は除去されます。そのため、移動する泡によって溝が形成され、より多くの鋼鉄が酸にさらされるという悪循環が発生します。溝腐食は、後続の泡が同じ経路をたどる傾向があるために悪化します。

高温腐食は、加熱の結果として生じる材料 (通常は金属) の化学的劣化です。この非ガルバニック腐食は、金属が酸素、硫黄 (「硫化」)、または関連する材料を酸化する (または酸化を促進する) 可能性のあるその他の化合物を含む高温雰囲気にさらされると発生します。たとえば、航空宇宙、発電、さらには自動車エンジンに使用される材料は、高温での持続期間に耐える必要があり、その間、非常に腐食性の高い燃焼生成物を含む雰囲気にさらされる可能性があります。

高温腐食の生成物の中には、エンジニアの利益に転用できるものもあります。たとえば、ステンレス鋼上に酸化物を形成すると、大気によるさらなる攻撃を防ぐ保護層が形成され、常温と高温の両方の過酷な条件下で材料を長期間使用できるようになります。このような高温腐食生成物は、圧縮された酸化物層釉薬の形で、金属（または金属とセラミック）表面の高温滑り接触時の摩耗を防止または軽減します。熱酸化は、ナノワイヤや薄膜 などの制御された酸化物ナノ構造を生成するためにもよく使用されます。

微生物腐食、または一般に微生物影響腐食（MIC）は、微生物（通常は化学合成独立栄養生物）によって引き起こされる、または促進される腐食です。酸素の有無にかかわらず、金属材料と非金属材料の両方に当てはまります。硫酸還元細菌は酸素がない状態（嫌気性）で活動し、硫化水素を生成して硫化物応力割れを引き起こします。酸素がある状態（好気性）では、細菌の中には鉄を直接酸化して鉄酸化物や水酸化物にするものもあれば、硫黄を酸化して硫酸を生成し、生物起源の硫化物腐食を引き起こすものもあります。腐食生成物の堆積物に濃淡電池が形成され、局部腐食を引き起こすことがあります。

加速低水位腐食（ALWC）は、干潮線付近の海水中の鋼管杭に影響を及ぼす特に攻撃的な形態のMICです。オレンジ色のスラッジが特徴で、酸で処理すると硫化水素の臭いがします。腐食速度が非常に速く、設計上の腐食許容値をすぐに超え、鋼管杭が早期に破損することがあります。^[12]建設時にコーティングされ、陰極防食が施された杭は、ALWCの影響を受けません。防食されていない杭の場合は、腐食を抑制するために影響を受ける領域に犠牲陽極を局所的に設置するか、完全に後付けの犠牲陽極システムを設置することができます。影響を受ける領域は、犠牲陽極を使用するか、不活性陽極に電流を流して石灰質の堆積物を生成する陰極防食を使用して処理することもできます。これにより、金属をそれ以上の腐食から保護するのに役立ちます。

金属粉化は、影響を受けやすい材料が合成ガスやその他の高 CO 環境など、炭素活動の高い環境に晒されたときに発生する壊滅的な腐食です。腐食は、バルク金属が金属粉末に分解する形で現れます。考えられるメカニズムは、まず金属表面にグラファイト層が堆積することであり、通常は気相の一酸化炭素(CO) が原因です。次に、このグラファイト層は準安定 M ₃ C 種 (M は金属) を形成し、金属表面から移動すると考えられています。ただし、一部の状況では、M ₃ C 種が観察されず、金属原子がグラファイト層に直接移動したことを示しています。

天候、塩水、酸、その他の過酷な環境にさらされる金属物体の腐食による損傷を遅らせるために、さまざまな処理が行われます。保護されていない金属合金の中には、ネオジム磁石に使用されるものなど、腐食に対して非常に弱いものがあり、適切な処理を行わないと、乾燥した温度が安定した屋内環境でも 剥がれたり粉々になったりすることがあります。

腐食を減らすために表面処理を使用する場合は、隙間、亀裂、ピンホール欠陥がなく、完全に覆われていることを確認するために細心の注意を払う必要があります。小さな欠陥は「アキレス腱」として機能し、外側の保護層が一定期間明らかに無傷のままであっても、腐食が内部に浸透して大きな損傷を引き起こす可能性があります。

最も一般的な防食処理は、メッキ、塗装、エナメルの塗布です。これらは、損傷を与える環境と構造材料の間に耐腐食性材料のバリアを提供することで機能します。外観や製造上の問題とは別に、機械的な柔軟性と摩耗や高温への耐性との間にトレードオフがある場合があります。メッキは通常、小さな部分でのみ破損しますが、メッキが基板よりも貴金属である場合 (たとえば、鋼鉄上のクロム)、ガルバニックカップルにより、露出した領域はメッキされていない表面よりもはるかに急速に腐食します。このため、多くの場合、亜鉛やカドミウムなどの活性金属でメッキするのが賢明です。亜鉛コーティングが十分に厚くないと、表面はすぐに見苦しくなり、錆が目立ちます。設計寿命は金属コーティングの厚さに直接関係しています。

狭いスペースではローラーまたはブラシによる塗装が適しています。スチールデッキやウォーターフロントの用途など、広い塗装エリアにはスプレー塗装が適しています。たとえば Durabak-M26 などの柔軟なポリウレタンコーティングは、非常に耐久性のある滑り止め膜を備えた防錆シールを提供できます。塗装コーティングは比較的簡単に塗布でき、乾燥時間も短いですが、温度と湿度によって乾燥時間が変わる場合があります。

環境が制御されている場合 (特に循環システムの場合)、腐食防止剤を環境に追加できることがよくあります。これらの化学物質は、露出した金属表面に電気的に絶縁性または化学的に不浸透性のコーティングを形成し、電気化学反応を抑制します。このような方法により、金属が露出する場所に追加の腐食防止剤を使用できるため、コーティングの傷や欠陥に対するシステムの感受性が低下します。腐食を抑制する化学物質には、硬水に含まれる塩 (ローマの水道システムは鉱床で知られています)、クロム酸塩、リン酸塩、ポリアニリン、その他の導電性ポリマー、および界面活性剤(イオン末端基を持つ長鎖有機分子) に似たさまざまな特別に設計された化学物質が含まれます。

アルミニウム合金は表面処理されることが多いです。浴槽内の電気化学条件は、金属の酸化膜に数ナノメートル幅の均一な細孔が現れる様に注意深く調整されます。これらの細孔により、酸化物は不動態化条件で許容されるよりもずっと厚く成長します。処理の最後には、細孔が密閉され、通常よりも硬い表面層が形成されます。このコーティングに傷が付くと、通常の不動態化プロセスが引き継がれ、損傷した領域を保護します。

陽極酸化処理は風化や腐食に対して非常に耐性があるため、建物のファサードや、表面が定期的に風雨に接触するその他の部分によく使用されます。耐性がある一方で、頻繁に洗浄する必要があります。洗浄せずに放置すると、パネルの端に汚れが自然に発生します。陽極酸化処理は、より活性の高い陽極を接触させることで陽極を陰極に変換するプロセスです。

腐食性の高い環境にある金属の表面に特定の細菌膜を塗布する新しい保護方法が開発されました。このプロセスにより耐腐食性が大幅に向上します。また、抗菌性バイオフィルムを使用して、硫酸還元細菌による軟鋼の腐食を防ぐこともできます。^[13]

透過性制御型枠 (CPF) は、コンクリート打設時にカバーの耐久性を自然に高めることで、補強材の腐食を防ぐ方法です。CPF は、炭酸化、塩化物、霜、摩耗 の影響に対抗する環境で使用されてきました。

陰極防食（CP）は、金属表面を電気化学セルの陰極にすることで、金属表面の腐食を制御する技術です。陰極防食システムは、鋼鉄パイプラインやタンク、鋼鉄製桟橋杭、船舶、沖合石油プラットフォームの保護に最もよく使用されます 。

効果的な CP のために、鋼表面の電位は、金属表面の電位が均一になるまで、より負に分極（押し下げ）されます。電位が均一になると、腐食反応の駆動力が停止します。ガルバニック CP システムの場合、陽極材料は鋼の影響下で腐食し、最終的には交換する必要があります。分極は、陽極と陰極間の電極電位の差によって駆動される、陽極から陰極への電流の流れによって引き起こされます。最も一般的な犠牲陽極材料は、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、および関連合金です。アルミニウムは容量が最も高く、マグネシウムは駆動電圧が最も高いため、抵抗が高い場合に使用されます。亜鉛は汎用性があり、亜鉛メッキの基礎となります。

犠牲陽極には多くの問題が伴う。環境の観点からは、亜鉛、マグネシウム、アルミニウム、カドミウムなどの重金属が海水を含む環境に放出される。実用面では、犠牲陽極システムは、印加電流陰極保護（ICCP）システムなどの最新の陰極保護システムよりも精度が低いと考えられている。必要な保護を提供できるかどうかは、ダイバーによる水中検査によって定期的にチェックする必要がある。さらに、寿命が限られているため、犠牲陽極は定期的に交換する必要がある。^[14]

大型構造物の場合、ガルバニック陽極では完全な保護を提供するのに十分な電流を経済的に供給できません。印加電流陰極保護(ICCP) システムでは、 DC電源 (陰極保護整流器など)に接続された陽極を使用します。ICCP システム用の陽極は、さまざまな特殊材料でできた管状および中実の棒状です。これには、高シリコン鋳鉄、グラファイト、混合金属酸化物、またはプラチナでコーティングされたチタンやニオブでコーティングされた棒やワイヤが含まれます。

陽極保護は、保護する構造に陽極電流を印加します（陰極保護とは逆）。これは、不動態（ステンレス鋼など）と、広範囲の電位にわたって適度に小さい不動態電流を示す金属に適しています。硫酸溶液などの腐食性の高い環境で使用されます。陽極保護は、金属を不動態状態に保つことで腐食を防ぐ電気化学的な方法です。

酸化層の形成はディール・グローブモデルによって説明され、さまざまな状況で酸化層の形成を予測および制御するために使用されます。腐食を測定するための簡単なテストは重量減少法です。^[15]この方法では、金属または合金の清潔な重量測定片を腐食環境に一定時間さらした後、洗浄して腐食生成物を除去し、重量減少を測定するために重量を測定する必要があります。腐食速度（R）は次のように計算されます 。

${\displaystyle R={\frac {kW}{\rho At}}}$

ここで、kは定数、W は時間tにおける金属の重量減少、Aは露出した金属の表面積、ρ は金属の密度 (g/cm ³ ) です。

腐食速度を表す他の一般的な表現としては、浸透深さと機械的特性の変化があります。

2002年、米国連邦道路管理局は、米国の産業における金属腐食に関連する直接コストに関する「米国における腐食コストと予防戦略」と題する調査を発表しました。1998年、米国における腐食の年間直接コストはおよそ2,760億ドル（当時の米国国内総生産の3.2%）でした。 ^[16] 5つの特定の産業に分割すると、経済損失はインフラで226億ドル、生産と製造で176億ドル、輸送で297億ドル、政府で201億ドル、公共事業で479億ドルです。^[17]

橋の事故の最も一般的な原因の 1 つは錆です。錆は元の鉄の質量よりもはるかに大きな体積を変位させるため、錆が蓄積すると隣接する部品が押し離されて破損することもあります。1983年にミアヌス川橋が崩落した原因は錆で、支持ベアリングの内部が錆びて路盤の角が支持部から外れました。当時道路上にいた 3 人の運転手は、路盤が下の川に落ちたため亡くなりました。その後のNTSB の調査により、道路の排水溝が路面再舗装のために塞がれ、そのまま放置されていたことが判明しました。その結果、流水が支持ハンガーに浸透しました。1967年にウェストバージニア州で起きたシルバー ブリッジの惨事でも錆が重要な要因でした。この事故では鋼鉄製の吊り橋が1 分以内に崩落し、当時橋上にいた 46 人の運転手と乗客が死亡しました。

同様に、コンクリートで覆われた鋼鉄や鉄の腐食によりコンクリートが剥落し、深刻な構造上の問題が生じる可能性があります。これは、鉄筋コンクリート 橋の最も一般的な破損モードの 1 つです。半電池電位に基づく測定機器を使用すると、コンクリート構造が完全に破損する前に、潜在的な腐食箇所を検出できます。

20～30年前まで、亜鉛メッキ鋼管は、一戸建て住宅や集合住宅、商業施設、公共施設の飲料水システムで広く使用されていました。今日、これらのシステムは保護用の亜鉛をかなり前に消費し、内部で腐食しているため、水質悪化や配管の破損を引き起こしています。^[18]保険業界が配管破損による請求の波に備えているため、住宅所有者、マンション居住者、公共インフラへの経済的影響は220億ドルと推定されています。

ほとんどのセラミック材料は、腐食に対してほぼ完全に耐性があります。それらを結合する強力な化学結合により、構造内に自由化学エネルギーはほとんど残らず、すでに腐食していると考えることができます。腐食が発生する場合、ほとんどの場合、電気化学プロセスではなく、材料の単純な溶解または化学反応です。セラミックの腐食防止の一般的な例は、ソーダ石灰ガラスに水への溶解度を下げるために石灰を加えることです。純粋なケイ酸ナトリウムほど溶解性はありませんが、通常のガラスは湿気にさらされると顕微鏡レベルの欠陥を形成します。その脆さにより、そのような欠陥があると、室温で最初の数時間はガラス製品の強度が劇的に低下します。

ポリマーの劣化には、複雑で、よく理解されていない生理化学プロセスがいくつか存在します。これらはここで説明する他のプロセスとは著しく異なるため、「腐食」という用語は、言葉の広い意味でのみ適用されます。ポリマーは分子量が大きいため、一定量のポリマーを別の物質と混合してもエントロピーはほとんど得られず、一般に溶解が非常に困難です。溶解は一部のポリマー アプリケーションで問題となりますが、設計で対処するのは比較的簡単です。

より一般的で関連する問題は「膨潤」です。これは、小さな分子が構造に浸透し、強度と剛性が低下し、体積の変化を引き起こすものです。逆に、多くのポリマー（特に柔軟なビニール）は、意図的に可塑剤で膨潤されており、可塑剤が構造から浸出すると、脆さやその他の望ましくない変化を引き起こす可能性があります。

しかし、最も一般的な劣化の形態は、ポリマー鎖長の減少です。ポリマー鎖を切断するメカニズムは、DNAへの影響から生物学者にはよく知られています。電離放射線（最も一般的には紫外線）、フリーラジカル、および酸素、オゾン、塩素などの酸化剤です。オゾンによる亀裂は、たとえば天然ゴムに影響を与えるよく知られた問題です。プラスチック添加物はこれらのプロセスを非常に効果的に遅らせることができ、紫外線吸収顔料（例、二酸化チタンまたはカーボンブラック）のような単純なものでも可能です。プラスチック製の買い物袋にはこれらの添加物が含まれていないことが多く、そのためゴミの超微粒子としてより簡単に分解されます。

ガラスは耐腐食性が非常に高いのが特徴です。耐水性が高いため、医薬品のほとんどが水溶液で保存されるため、製薬業界では主要な包装材料としてよく使用されます。^[19]耐水性に加えて、ガラスは化学的に攻撃的な特定の液体やガスにさらされても耐久性があります。

ガラス病は水溶液中のケイ酸塩ガラスの腐食です。これは拡散制御浸出（イオン交換）とガラスネットワークの加水分解という2つのメカニズムによって決まります。^[20]どちらのメカニズムも接触溶液のpHに大きく依存します。イオン交換速度はpHが10 −0.5pHになると減少しますが^、加水分解速度はpHが10 ^0.5pHになると増加します。^[21]

数学的には、ガラスの腐食速度は、元素の正規化腐食速度NR _i (g/cm ² ·d)によって特徴付けられます。これは、水中に放出された種の総量M _i (g)と水接触表面積S (cm ² )、接触時間t (日)、およびガラス中の元素の重量分率含有量f _iの比として決定されます。

${\displaystyle \mathrm {NR} _{i}={\frac {M_{i}}{Sf_{i}t}}}$。

全体的な腐食速度は、両方のメカニズム（浸出 + 溶解）からの寄与の合計です：NR _i =NR x _i +NR h _{。拡散制御浸出（イオン交換）は腐食の初期段階の特徴であり、ガラス内のアルカリイオンが溶液からのヒドロニウム（H 3} O ⁺ ）イオンに置き換わります。これにより、ガラスの表面近くの層でイオン選択的枯渇が起こり、腐食速度は露出時間に反比例します。ガラスからの陽イオンの拡散制御正規化浸出速度（g/cm ² ·d）は、次のように表されます：

${\displaystyle \mathrm {NR} x_{i}=2\rho {\sqrt {\frac {D_{i}}{\pi t}}}}$、

ここで、tは時間、D _iはi番目の陽イオンの有効拡散係数（cm ² /d）で、接触する水のpHによってD _i = D _{i 0} ·10 ^–pHで決まり、ρはガラスの密度（g/cm ³）です。

^{ガラスネットワークの溶解は腐食の後期段階の特徴であり、希薄溶液中で時間に依存しない速度（g/cm 2} ·d） で水溶液へのイオンの一致した放出を引き起こします。

${\displaystyle \mathrm {NR} h=\rho r_{h}}$、

ここでrh_はガラスの定常加水分解（溶解）速度（cm/d）である。閉鎖系では、水相からのプロトンの消費によりpHが上昇し、加水分解への急速な移行が引き起こされる。 ^[22]しかし、シリカによる溶液のさらなる飽和は加水分解を妨げ、ガラスをイオン交換、すなわち拡散制御腐食状態に戻す。

^{一般的な自然条件では、ケイ酸塩ガラスの標準化された腐食速度は非常に低く、10 −7}～ 10 ⁻⁵ g/(cm ² ·d)程度です。ケイ酸塩ガラスは水中での耐久性が非常に高いため、有害廃棄物や核廃棄物の固定化に適しています。

中性、塩基性、酸性環境下、模擬環境条件下、模擬体液中、高温高圧下、^{[24]およびその他の条件下でのガラスの腐食（}化学的耐久性とも呼ばれる）を測定するための標準化された手順が数多く存在する。

標準手順ISO 719 ^[25]では、中性条件下での水溶性塩基性化合物の抽出試験について説明しています。粒子サイズ300～500μmのガラス2gを、98℃でグレード2の脱イオン水50mLに60分間浸します。得られた溶液25mLを0.01mol/L HCl溶液で滴定します。中和に必要なHClの量は、以下の表に従って分類されます。

標準化されたテスト ISO 719 は、アルカリ成分が乏しいか抽出できないが、それでも水によって侵食されるガラス、たとえば石英ガラス、B ₂ O ₃ガラス、P ₂ O ₅ガラスには適していません。

通常のメガネは以下のクラスに分類されます。

• 加水分解クラス 1 (タイプ I): このクラスは中性ガラスとも呼ばれ、ホウケイ酸ガラス(例:デュラン、パイレックス、フィオラックス) が含まれます。このクラスのガラスには、ホウ素酸化物、アルミニウム酸化物、アルカリ土類酸化物が必須量含まれています。その組成により、中性ガラスは温度衝撃に対する耐性が高く、耐加水分解性も最高です。アルカリ溶液に対するアルカリ含有量が少ないため、酸および中性溶液に対しては高い耐薬品性を示します。
• 加水分解クラス 2 (タイプ II): このクラスには通常、表面仕上げにより高い加水分解耐性を備えたケイ酸ナトリウムガラスが含まれます。ケイ酸ナトリウムガラスは、アルカリ酸化物とアルカリ土類酸化物、および主に酸化ナトリウムと酸化カルシウムを含むケイ酸塩ガラスです。
• 加水分解クラス 3 (タイプ III): 加水分解クラス 3 のガラスには通常、ケイ酸ナトリウムガラスが含まれており、平均加水分解耐性はタイプ 1 ガラスの 2 倍劣ります。酸クラス DIN 12116 およびアルカリクラス DIN 52322 (ISO 695) は、加水分解クラス DIN 12111 (ISO 719) とは区別されます。

• ジョーンズ、デニー A. (1996)。腐食の原理と防止。アッパーサドルリバー、ニュージャージー州: プレンティスホール。ISBN 0-13-359993-0. OCLC  32664979.