異種金属接触腐食：ブラケット近くの傷が重い理由

同じ日に、同じランプに、同じ深さの傷が2つ付いたとします。片方は3年たってもなお何でもありません。もう一方はハウジングを貫通させることがあります。

両者を分けているのは損傷ではありません。すぐ隣にどの金属が締結されていて、それがどれだけの面積を持つかです。当社のハウジングはダイカストアルミニウム製、ブラケットはステンレス鋼製ですので、これは一般論ではなく自社製品について答えざるをえなかった問いです。

本稿では、その仕組み、速さを決める唯一の変数、そして屋外で使われるランプで実際にそれを抑えているものを取り上げます。

先に結論を述べます。アルミニウムとステンレス鋼が接触し、海水がその間を橋渡しすると、アルミニウムが溶け出す側となるガルバニック電池が形成されます。その速さは、向き合うステンレス鋼に対して露出しているアルミニウムがどれだけあるかで圧倒的に決まります。大きなブラケットの隣にできた小さな破れが最悪の場合であり、しかもそれが最も多い場合でもあります。

異種金属接触腐食とは何か、一段落で

つくるつもりのなかった電池です。

異なる2種類の金属を電気的に接触させ、そこに電解質を橋渡しすると、両者の間に電流が流れます。一方の金属が溶液中へ材料を失い、他方は保護されます。失うほうがアノードです。3つの条件はすべて同時にそろっている必要があり、どれか一つを取り除けば電池は止まります。

この最後の点が腐食対策のすべての土台であり、覚えておく価値があります。どちらの金属がアノードになるかを、実務上変えられる手段はありません。変えられるのは、電解質がそもそも金属に届くかどうかです。

海水は雨水よりはるかに優れた電解質です。トラクターの上で何年も問題なく働くランプが、船の上ではまったく違う振る舞いをしうるのはそのためです。金属は変わっていません。変わったのは橋のほうです。

混同しやすい2つを分けておく価値があります。本稿で扱うのはすべて、2つの金属が出会うハウジングの外側で起きることです。筐体の内部に水が入るかどうかは独自の等級体系を持つ別の問いであり、一方では健全でも他方ではさらされている、ということがありえます。

ランプでは、アルミニウムがアノードです

海水中でステンレス鋼と並べると、アルミニウムのほうが活性であるため、失われるのはアルミニウムの側です。

これはどちらの金属の欠陥でもありませんし、ステンレス製ブラケットを避ける理由にもなりません。ステンレス鋼が締結部に使われるのは、まさに濡れた環境で保つからであり、軟鋼のブラケットであれば、より目に見える形で別の問題を抱えることになります。この組み合わせは通常の設計です。重要なのは、それによってどちらの側がさらされるのかを理解しておくことです。

速さを決めるのは面積比です

この機構が単なる豆知識で終わるか故障につながるかを決める変数であり、しかも最も省かれやすい変数です。

腐食電流は、利用できるアノードを通って出ていくほかありません。露出したアルミニウムが広ければ、その電流は広い面積に分散し、一点あたりの損失はわずかです。露出したアルミニウムが針の先ほどで、向き合うステンレス鋼がブラケット一枚分であれば、同じ電流がその針の先に押し込まれます。そこの金属は、もとの損傷の大きさにまったく見合わない速さで消費されます。

船舶工学ではこれが古くから理解されており、造船の経験則として、活性な金属を小さいほうにしてはならないと言われます。大きなアルミニウム板に数本のステンレス製締結部品という構成は、素直に振る舞います。大きなステンレス構造物に小さなアルミニウム部品がいくつか、という構成はそうではありません。

だからこそ、深さより場所が効きます

傷は損傷の量ではありません。形状であり、その形状は隣に何があるかで決まります。

外気にさらされたアルミニウムは、それ自体で役に立つことをします。薄い酸化皮膜をつくり、それ以上の進行を遅らせるのです。他の金属から離れたハウジング平面の中央にできた塗膜の破れは、進行するというよりその場でくすんでいく傾向があります。見た目は悪いものの、急を要しません。

同じ破れが、ブラケットがハウジングに締め付けられている場所にある場合は別の出来事です。面積が小さく、継手が毛細管現象で水を保つために濡れている時間が長く、しかも広いステンレス鋼の面に向き合っています。ガルバニック腐食を速くする条件が、その一点にすべてそろっています。

機械的な頑丈さと耐食性が別の話題ではないのも、このためです。塗膜の破れの多くは製造上の不良ではありません。取付時の衝撃や、1シーズンにわたってランプが取付部と擦れ合うことによって、後から作られます。

実際にそれを抑えているもの

本当に効いているのは一つだけ、電解質を金属に近づけないことです。以下はすべて、その一つの言い換えです。

このうち2つは、ご発注の時点で決まる仕様の判断です。残る2つはランプを取り付ける側の施工の判断であり、よくできた灯具でも水の抜けない窪みに取り付ければ早期に故障しうるのはそのためです。

アルミニウム製の締結部品が答えにならない理由

面積比を、最も有害な形に反転させてしまうからです。

異種金属が問題なのだから全部同じ金属にすればよい、という発想は、それ自体もっともです。しかしステンレス製ブラケットをアルミニウム製ボルトで締め付ければ、小さなアノードが大きなカソードに向き合う、まさに前述の形状になります。ボルトが消費されていき、しかもボルトは、壊れればランプそのものを落とす唯一の部品です。

締結部品の強度も同じ方向を指します。分別のある構成は、小さな部品を電気化学的に貴な側に、大きな部品を活性な側に置くことです。ランプの場合はつまり、ステンレス製ブラケットにステンレス製の締結部品を使い、露出面積がゼロのまま保たれる塗装済みアルミニウム製ハウジングを使う、ということになります。

当社がどう造り込んでいるか

当社のダイカストハウジングは粉体塗装を施しており、ブラケットはステンレス鋼製です。したがって当社の考え方の全体は、最も重要な場所で塗膜を破れさせないという一点に乗っています。

注意を向けているのは平面の被覆ではなく、エッジと締結部の被覆です。平面はもともと危険な場所ではなかったからです。表面処理はISO 9227中性塩水噴霧試験を240時間実施して確認していますが、これは実使用での寿命を予測するものではなく、他の表面処理との順位付けです。

船舶・沿岸のお客様から最も多くいただくカスタム仕様のご要望は、標準の濃色ではなく白の粉体塗装です。これは主に船体の色調に合わせるためのもので、加えて明るい色は直射日光下で温度が上がりにくいという面もあります。保護の仕組みが変わるわけではなく仕上げ色の変更ですので、はっきり申し上げておきます。保護をもたらすのは破れのない塗膜であって、その色ではありません。

当社が主張しないこと。どのような表面処理であってもハウジングが侵されなくなるということ、船舶向けの取付でステンレス製の締結部品をシールせずに済むということ、そして塩水噴霧試験の結果が実使用の年数を予測するということ。ここで述べた機構が止まることはありません。抑えられているだけであり、塗膜が破れればそこから再開します。

よくあるご質問

ステンレス製ブラケットはアルミニウム製灯具に腐食を起こしますか？

両方の金属が同じ電解質に同時にさらされている場所に限ります。塗膜が健全であれば露出したアルミニウムは存在せず、したがってガルバニック電池もできません。使用中のランプでは、これが通常の状態です。危険なのはブラケットではなく、ブラケットの隣にできた塗膜の破れです。

塗装だけで異種金属接触腐食を止められますか？

連続した塗膜は、連続している間はそれを止めます。これは実在する保護ですが、条件付きの保護です。また可能であれば、アノード側だけでなくカソード側も塗装する価値があります。破れに向き合うステンレスの面積を減らせば、その破れが担う電流も減るからです。アルミニウム側だけを塗装して広いステンレス面を露出させたままにするのは、2つの選択肢のうち効果の低いほうです。

船舶用途では陽極酸化処理のほうが粉体塗装より優れていますか？

どちらが普遍的に優れているということはありませんし、たいていのランプハウジングでは見た目ほど選択の幅がありません。鋳造合金がその大部分を決めているからです。陽極酸化皮膜は金属の中に育つため浮き上がる膜の端がなく、粉体塗装はより厚いバリアで、破られうる代わりに色を付けて施工しやすいという違いがあります。どちらも壊れる場所は同じで、表面が不連続になっているところです。

この記事をどう使うか

この記事が決着させるのは、どこに注意を払うかです。表面処理の仕様全般ではなく、継手に払ってください。ブラケットがどのように密着させてあるか、締結部品が絶縁されているか、取付位置の水が抜けるかをご確認ください。

塩分にさらされる環境向けのランプを選定されるのであれば、次に読む価値があるのは表面処理そのものをどう検証しているかです。サプライヤーが提示してくるのはその数字であり、意味を持たせるには解釈が要るからです。