金属の耐食性とその分類

金属の耐食性とその分類

金属は耐食性によっていくつかの種類に分けることが可能であり、それぞれに特徴があります。金属の耐食性が高いほど、その金属はさびにくく腐食しにくいです。下記で金属の耐食性や分類についてみていきましょう。

金属の耐食性

金属は種類によって腐食しにくいものがあります。例えば、通常の金属の場合、中性の水に炭素鋼を浸けておくとすぐにさびますが、ステンレスや亜鉛であればあまり腐食しません。こうしたステンレスや亜鉛のように腐食しにくい材料のことを、耐食性に優れていると表現するのです。

金属によって腐食のしやすさは異なります。この理由は、熱力学的に腐食反応が進行しやすい金属とそうでない金属があるためです。そして、腐食反応の速度により、金属の耐食性が違います。

ちなみに、腐食の際には、金属が不動態皮膜と呼ばれるものを生成し、腐食しない場合もあります。不動態皮膜とはステンレスなどに存在する薄い皮膜のことです。結晶構造を持たない物質であり、緻密で安定しています。この皮膜が存在することで、金属がイオンとなって離れることを防ぐため、さびや腐食から金属を守ることができるのです。また、不動態皮膜の特徴として自己修復機能があげられます。不動態皮膜が破られても瞬時に同じ皮膜を再生するため、長期間さびが発生することがないのです。

耐食性の分類

上記で金属にはそれぞれ耐食性があると説明しましたが、耐食性により金属は4つに分けることができます。それぞれの特徴をみていきましょう。

最初のグループは、金や白金などの貴金属です。貴金属は安定した性質を持つため、熱力学的な影響を受けにくく、例外的な環境以外では腐食は起こりません。一方、このグループ以外の金属は耐食性に限らず、腐食することがあります。

第2のグループはステンレスをはじめとした耐食性の優れた金属です。ステンレス製のシステムキッチンや製品などは光沢を保ち、腐食することはほとんどありません。これは、先ほど紹介した不動態皮膜の働きによるものです。しかし、不動態皮膜は塩化物イオンに弱く、大気中にこの物質が存在すると局部的に耐食性の効果が発揮できなくなってしまい、孔食という腐食が起きてしまいます。不動態皮膜の抵抗性は金属により異なり、ステンレス鋼やアルミニウムは比較的弱く、チタンやクロムは強いといわれています。

第3のグループに含まれる金属は、銅や亜鉛などです。上記2つのグループとは異なり腐食は発生しますが、その進行速度は低く耐食性もよいことが特徴といえます。これは、腐食初期にできる腐食生成物が保護皮膜として表面を覆い、金属に対し酸化剤として働く溶存酸素を遮断するためです。新しい10円硬貨が経年変化で色が変わってしまうのは、この現象が関係しています。

最後のグループは鉄や鋼などの金属です。水などに触れるとさびの被膜を作りますが、溶存酸素を遮る能力は低いため、継続して腐食が起こります。しかし、限られた環境において、このグループの金属でも不動態被膜を形成し、優れた耐食性を占めることもあるのです。例えば鉄や鋼は、濃硝酸・濃硫酸など酸化性の酸やクロム酸塩など酸化性の塩溶液に対して不動態皮膜を形成し、腐食を防ぐことができます。

また、pHが一定以下の水溶液や塩酸・希硫酸のなかでは、不動態皮膜や保護皮膜は溶けてしまうため機能しません。そのため、第2・第3のグループに属する金属でも腐食するようになります。