アルミニウムは耐食性に優れていることは広く知られていますが、多くのエンジニアやバイヤーは、鉄や鋼鉄と同じように「錆びる」ことがあるのかどうか、いまだに疑問に思っています。アルミニウムと鉄はどちらも金属構造材料であり、特定の環境条件下ではどちらも劣化します。しかし、劣化のメカニズムは根本的に異なります。アルミニウムの挙動を調べる前に、冶金学的および電気化学的見地から「錆」が実際に何を意味するのかを理解することが不可欠です。
錆とは何か？
さびとは、鉄や鋼鉄などの鉄系金属が酸素と水分にさらされたときに起こる電気化学反応を特に指す言葉である。化学的には、錆は鉄の酸化であり、水和酸化鉄（Fe₂O₃-nH₂O）、緩く、多孔質で脆い赤褐色の物質を形成する。この酸化物層は保護層ではなく、絶えず表面から剥がれ落ち、その下にある新しい鉄を露出させ、腐食をより深くまで進行させる。錆が鉄系金属の構造的完全性を急速に損なう理由と、鉄を含まないアルミニウムが根本的に異なる挙動を示す理由は、この自己加速的劣化にある。
アルミニウムは錆びるか
いや。 錆びる」とは特に鉄の酸化を意味するため、厳密に言えばアルミニウムは錆びない。アルミニウムは鉄元素を含まないため、水和酸化鉄を形成することはできません。しかし、アルミニウムが絶対に腐食しないというわけではありません。他の活性金属と同様、アルミニウムは 酸化腐食 空気に触れるとしかし、鉄とは異なり、アルミニウムの酸化物である酸化アルミニウム (TP4T）-は安定で、自己保護特性を持つ。
アルミニウムの腐食
アルミニウムの大気劣化に対するユニークな耐性は、基本的に酸素との本質的な化学反応に根ざしている。
天然酸化膜
新鮮なアルミニウムの表面が空気に触れると、反応する。 いっきに を酸素と反応させ、非常に薄く、緻密で、無孔質の酸化アルミニウム層（$ext{Al}_2text{O}_3$）を形成する。この保護膜の厚さは通常、わずか$2 ㎤です。ナノメートル｝$です。この ナチュラルオキサイドフィルム は化学的に非常に不活性で、酸素や水分が下地の金属基材に接触するのを効果的に防ぎ、さらなる腐食を大きく抑制します。この自己不動態皮膜がアルミニウムに優れた耐食性を与えているのです。
腐食が発生した場合
自然酸化皮膜による保護にもかかわらず、特定の極端な条件下ではアルミニウムの腐食が発生することがあります：
- 高pHまたは低pH環境： 酸化アルミニウム皮膜は、強酸（pH4以下）または強アルカリ（pH9以下）の環境では不安定で、溶解する可能性がある。いったん保護膜が損なわれると、アルミニウム基材が露出し、腐食が加速される。
- ハロゲン化物イオンの存在： 特に海水や塩分の多い環境でよく見られる塩化物イオン（$・text{Cl}^-$）は、酸化皮膜を貫通したり破壊したりして、次のような現象を引き起こすことがある。 孔食.
- 高温多湿： 当初は腐食速度が遅いが、高温多湿の条件下では速度が速くなる。
- ガルバニック効果： アルミニウムがより貴金属（銅、ニッケル、鋼など）と結合すると、アルミニウムが陽極として働き、優先的に腐食する。
一般的な腐食形態
アルミニウムの最も一般的な腐食形態には以下のようなものがある：
- 孔食： これは最も一般的で、しばしば破壊的なアルミニウム腐食の形態です。塩化物のようなハロゲン化物イオンが酸化皮膜に局所的に小さな穴を開け、腐食が深く浸透して小さな深いピットを形成します。
- 隙間腐食： アルミニウムと他の金属または非金属材料との間の狭い隙間で発生する。酸素濃度の差によって隙間内の酸化皮膜が破壊され、腐食が発生する局所的な陽極が形成される。
- ガルバニック腐食： アルミニウムが電解質（水や湿気）の存在下で貴金属（銅やステンレス鋼など）と直接接触している場合、アルミニウムは貴金属を保護するために活性金属として自身を犠牲にする。
- 角質除去： 方向性のある結晶粒構造を持つ高強度アルミニウム合金によく見られる現象で、表面に平行な結晶粒界に沿って腐食が広がり、金属が層状になったり剥がれたりする。
アルミニウムの腐食はどのように見えるか
アルミニウムが腐食すると、その外観は鉄錆とは大きく異なる：
- 白い粉状の物質： アルミニウム腐食生成物は主に水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウムであり、緩い形で現れる、 白またはオフホワイトの粉状の斑点 または表面に付着したスケール。
- 剥離または水疱形成： 剥離や孔食がひどいと、軽度の炎症を起こすことがある。 水ぶくれまたは剥離 コーティングまたは基材表面の
- 広がらない性質： さびは継続的に広がるが、腐食生成物は一旦形成されると残る傾向がある。 局所的 腐食点周辺は、機械的または化学的に除去しない限り、非常にゆっくりと広がっていく。
- くすんだ表面： 腐食の初期段階では、アルミニウムの光沢は低下し、表面は次のようになる。 くすんだ.
アルミニウム vs 鉄 vs スチール
アルミニウムの耐食性を十分に理解するには、まずその基本的な化学的挙動が一般的な鉄系金属とどのように対照的であるかを理解することが不可欠です。
サビの挙動
アルミニウムの腐食は、化学的に以下のものを形成する。 酸化アルミニウム ($）、緻密で硬い、 自己浸透性 腐食を停止させる保護膜。目視では、アルミニウムの腐食は白色またはオフホワイトの粉状の斑点として見える。対照的に、鉄や鋼の錆びは、以下のような斑点が形成されることを指す。 含水酸化鉄 (鉄さびは、保護機能を持たない多孔質物質で、金属が完全に腐食されるまで、腐食がより深く浸透する原因となり、継続的に剥がれ落ちる。鉄さびは特徴的な赤褐色の外観をしている。
耐食性
ほとんどの自然大気環境では アルミニウムの全体的な耐食性は、無防食の炭素鋼や純鉄よりも著しく優れている。.これは、アルミニウムが腐食の初期段階から効果的なバリアを確立するために、自己不動態化膜に依存しているためです。炭素鋼や鉄にはこのような固有の保護メカニズムがないため、アルミニウムに匹敵する耐食性を得るには、亜鉛メッキやコーティングなどの外部対策が必要です。しかし、高塩化物環境や強アルカリ・強酸条件下では、アルミニウムがその優れた耐食性を維持するために特殊な表面処理（陽極酸化処理など）が必要となります。
アルミニウムを腐食から守る方法
アルミニウムの腐食を防ぐには、自然な酸化皮膜を維持し、強化することが重要です。
表面コーティング
アルミニウムの耐久性を向上させるには、酸化皮膜を人工的に強化するか、外部コーティングを加えるのが最も効果的です：
- 陽極酸化処理： これは最も一般的な保護方法である。電気化学的プロセスにより、アルミニウム表面に天然の皮膜の数百倍の厚さの硬質酸化皮膜を形成し、耐食性と耐摩耗性を大幅に向上させる。
- リキッド・ペインティング エポキシやポリウレタンのような高性能コーティングを施すことで、外部に物理的なバリアを作る。
- パウダーコーティング： 厚手で耐摩耗性に優れ、VOCフリーのポリマーフィルムを提供し、特に屋外や産業環境に適している。
- 電気泳動コーティング： 複雑な形状の部品に適しており、均一で薄い保護膜を提供します。
デザインと使用法
適切な設計と環境管理により、腐食リスクを軽減することができる：
- 水が溜まらないようにする： 隙間に水分や電解質が溜まらないような構造設計にすること。
- 絶縁ガルバニック・コンタクト： アルミニウムが貴金属（銅やステンレス鋼など）と接触する部分には、ガスケットや非導電性コーティングなどの絶縁処理を施し、電解腐食を防ぐ必要があります。
- 環境制御： 高塩化物、強酸性、強アルカリ性の環境に長時間さらさないこと。
素材の選択
適切なアルミニウム合金を選択することで、特定の環境下での耐腐食性を高めることができます：
- 純アルミニウム（1xxxシリーズ）： 耐食性に優れるが、強度は低い。
- 5xxxシリーズ合金（マグネシウム含有）： 高い耐食性を示し、海水や塩水の環境下で優れた性能を発揮する。
- 2xxx および 7xxx シリーズ合金 (銅/亜鉛含有)： 通常、強度は高いが耐食性は低く、保護のために陽極酸化処理やコーティングが必要となる。
結論
アルミニウムは鉄のように「錆びる」ことはありませんが、自己保護メカニズムによって酸化腐食を起こします。アルミニウムの優れた耐食性は、その表面の 緻密な酸化アルミニウム保護膜.現代の製造業では、次のような高度な表面処理が行われている。 陽極酸化処理と粉体塗装 は、アルミニウムの耐性を高め、自動車、航空宇宙、建築、エレクトロニクスなどの多様な分野での長期的で信頼性の高い用途を保証するために使用されています。
次のプロジェクトで耐腐食性のアルミ鋳造部品が必要な場合、 図面をアップロードする 当社のファウンドリーエンジニアによる迅速なDFMレビューとお見積もりをご希望の方は、お気軽にお問い合わせください。
