すきま腐食

隙間腐食とは、滞留した溶液が閉じ込められ、更新されない隙間などの閉塞空間で発生する腐食を指します。 ^{[1]これらの空間は一般に隙間と呼ばれます。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、スラッジの山の下などがあります。^{[2] [3]}

ステンレス鋼の耐食性は、その表面の極薄の保護酸化膜（不動態膜）の存在に依存していますが、ハロゲン化物溶液や還元 酸など、特定の条件下ではこの酸化膜が破壊される可能性があります。^[4]酸化膜が破壊される可能性のある領域は、部品の設計方法、たとえばガスケットの下、鋭利な凹角、不完全な溶接の溶け込みまたは重なり合った表面に関連するものなどの結果である場合もあります。^{[5]これらはすべて、}腐食を促進する隙間を形成する可能性があります。腐食部位として機能するには、隙間は腐食物質が侵入できる十分な幅が必要ですが、腐食物質がよどんだままになるように狭くする必要があります。したがって、隙間腐食は通常、幅が数マイクロメートルの隙間で発生し、腐食物質が循環できる溝やスロットでは見られません。この問題は、部品の設計に注意を払い、特に隙間ができないようにするか、少なくともできるだけ隙間を空けておくことで解決できることが多いです。隙間腐食は孔食腐食と非常によく似たメカニズムで、一方に耐性のある合金は、通常両方に耐性があります。隙間腐食は、孔食と比較すると、局部腐食のそれほど深刻ではない形態と見なすことができます。孔食腐食の浸透の深さと伝播速度は、隙間腐食よりも大幅に大きくなります。

隙間は、バルク流体とはまったく異なる局所的な化学反応を起こすことがあります。たとえば、ボイラーでは、水の継続的な蒸発により、熱伝達面近くの隙間に非揮発性不純物の濃縮が起こることがあります。ナトリウム、硫酸塩、塩化物イオンなどの一般的な水の不純物では、「濃縮係数」が数百万になることも珍しくありません。^[6]濃縮プロセスは「ハイドアウト」（H2O）と呼ばれることが多く、反対に濃度が均一になるプロセス（シャットダウン時など）は「ハイドアウトリターン」（HOR）と呼ばれます。中性pH溶液では、隙間内のpHが2まで低下することがあります。これは、ほとんどの金属や合金の腐食を加速する非常に酸性の状態です。

特定の隙間タイプでは、隙間腐食の開始に重要な 2 つの要因、すなわち、隙間内の電解質の化学組成と隙間への電位降下があります。研究者らはこれまで、2 つの要因のいずれかが隙間腐食の開始の原因であると主張していましたが、最近では、2 つの要因の組み合わせが活性隙間腐食を引き起こすことが示されています。^[7]電位降下と隙間電解質の組成の変化は、どちらも隙間内の溶液の酸素枯渇 (閉塞空洞の内面での金属酸化による酸素消費) と電気活性領域の分離によって生成され、隙間内では正味の陽極反応 (酸化) が発生し、隙間の外部 (太い表面) では正味の陰極反応 (還元) が発生します。陰極領域と陽極領域の表面積の比は重要です。

隙間内で発生する現象のいくつかは、ガルバニック腐食を彷彿とさせるかもしれません。

ガルバニック腐食

2つの接続された金属 + 単一の環境

すきま腐食

1つの金属部品 + 2つの接続された環境

すきま腐食のメカニズムは、孔食のメカニズムと似ている場合があります (ただし、常にそうであるとは限りません) 。ただし、別々に扱う必要があるほどの違いがあります。たとえば、すきま腐食では、すきまの形状と、局所的な化学組成の違いが生じる濃縮プロセスの性質を考慮する必要があります。すきま内部の極端で予期しない局所的な化学組成を考慮する必要があります。ガルバニック効果は、すきまの劣化に影響を与える可能性があります。

隙間に発生する環境と金属の性質に応じて、隙間腐食は次のような形態をとります。

• 孔食（ピットの形成）だが、孔食と隙間腐食は同じ現象ではないことに注意すること。^[8]
• 糸状腐食（有機コーティングの下の金属表面に発生する可能性のあるこのタイプの隙間腐食）、
• 粒界攻撃、または、
• 応力腐食割れ。

すきま破損の一般的な形態は、応力腐食割れによって発生します。応力腐食割れでは、応力集中が最も大きいすきまの底から亀裂が発生します。これが、1967 年にウェストバージニア州のオハイオ川にかかるシルバー ブリッジが崩落した根本的な原因です。長さわずか 3 mm ほどの 1 つの重大な亀裂が突然成長し、タイ バー ジョイントを破損しました。橋の残りの部分は 1 分も経たないうちに崩落しました。この災害は、1 つの単一障害点(SPOF)によって引き起こされました。

シルバー ブリッジのアイバーは冗長性がなく、リンクはそれぞれ 2 本の高強度鋼(一般的な軟鋼の 2 倍以上の強度) のバーで構成されており、冗長性のために通常使用される、中程度の材料強度の薄いバーを厚く積み重ねて「くしで合わせる」方法ではありません。バーが 2 本しかないため、1 本が破損すると、もう 1 本に過度の負荷がかかり、完全に破損する可能性があります。バーがさらに使用されている場合は、このような事態は起こりにくいでしょう。冗長性の低いチェーンは設計要件に合わせて設計できますが、安全性は完全に、正しく高品質の製造と組み立てに依存します。

すきま腐食に対する感受性は、材料と環境のシステムによって大きく異なります。一般的に、すきま腐食は、ステンレス鋼やアルミニウムなど、通常は不活性な金属である材料にとって最も懸念される問題です。すきま腐食は、耐腐食性の高い超合金で作られ、入手可能な最も純粋な水化学で稼働している部品にとって最も重大な問題になる傾向があります。たとえば、原子力発電所の蒸気発生器は、すきま腐食によって主に劣化します。

隙間腐食は、局所的に発生し、全体的な材料損失は最小限であるにもかかわらず、部品の故障につながる可能性があるため、非常に危険です。隙間腐食の開始と進行を検出することは困難です。

• 腐食工学

• ステンレス鋼の隙間腐食