腐食試験の選び方——塩水噴霧・サイクル試験・暴露試験を目的と使用環境で使い分ける

この記事は、部品や製品の耐食性を確かめたい技術者・品質担当が、どの腐食試験を選び、試験機関や仕入先に何を伝えればよいかを扱う。塩水噴霧試験の条件の書き方そのものは塩水噴霧試験を仕様に入れるとき決めることで、さびが出てしまった後の原因の見分け方は金属の腐食対策で扱った。ここでは、その手前の「どの種類の試験にするか」を決める。

まず、試験で何を決めたいかを一文にする

腐食試験の相談で多いのは「耐食性を確認したい」という依頼である。しかし同じ言葉でも、決めたいことは大きく 4 つに分かれ、向く試験が違う。

1. 受入・出荷の確認
決まった仕様どおりにめっきや塗装ができているかを、ロットごとに短い時間で確かめたい。合否の線が先に決まっている。

2. 候補の比較
めっきの種類、塗装の仕様、材質の候補のうち、どれが傷みにくいかを順位づけたい。絶対値より、同じ条件での差が知りたい。

3. 使われる場所での傷み方の見当
海の近く、工場の中、屋外の機器箱の中など、実際の環境で何年ぐらいで、どんな形で傷むかを知りたい。

4. 起きてしまった腐食の再現
市場で出たさびと同じものが、どの条件で出るかを確かめ、原因を絞りたい。

1 と 2 は促進試験の得意な領域で、3 は暴露試験か、暴露と促進の組み合わせでないと答えが出にくい。4 は、実際の環境の情報を集めてから試験を組む必要がある。依頼書の最初に、この 4 つのどれかを書くだけで、試験機関の提案は大きく変わる。

腐食試験の種類と、分かること

めっきの耐食性試験を定めた JIS H 8502（1999 年版・2023 年確認）は、試験方法を屋外暴露試験（直接暴露・遮へい暴露）、連続噴霧試験（中性塩水噴霧・酢酸酸性塩水噴霧・キャス）、サイクル試験（中性塩水噴霧サイクル・人工酸性雨サイクル）、コロードコート試験、ガス腐食試験（二酸化硫黄・硫化水素・塩素・混合ガス）に分けている^[2]。めっき以外の材料や塗装でも、試験の型としてはこの分け方で考えると整理しやすい。

物質・材料研究機構の解説は、腐食促進試験は腐食を速めて短時間で結果を得られる大きな利点がある一方、試験条件によっては実環境での腐食挙動や腐食形態と異なることが指摘されている、と書いている^[5]。同じ解説は、大気暴露試験は結果を得るまでに時間がかかるが、腐食挙動が実態と対応した信頼性の高い方法として使われてきた、としている^[5]。どちらか一方が優れているのではなく、答えたい問いに合わせて組み合わせる。

連続噴霧：受入の確認には向くが、年数の予測には使わない

塩水噴霧試験方法の JIS Z 2371 は、中性塩水噴霧試験（NSS）、酢酸酸性塩水噴霧試験（AASS）、キャス試験（CASS）の 3 種類を定め、対象を金属材料と、めっきなどの無機皮膜や塗膜などの有機被膜を施した金属材料としている^[1]。試験時間は材料や製品の規格で決めたものとし、決まりがなければ受渡当事者間の協定によるとしたうえで、推奨時間として 2・6・24・48・96・168・240・480・720・1,000 時間を挙げている^[1]。

試験の結果をどう表すかも一つではない。JIS Z 2371 は、腐食面積をレイティングナンバで判定する方法、腐食減量、腐食生成物を取る前と取った後の外観、腐食欠陥の数と分布、腐食が出るまでの時間などを挙げている^[1]。レイティングナンバで判定するときは、評価面として少なくとも 5,000 mm² を選び、端面から出た腐食は評価から除くとしている^[1]。「何時間で合格」と言うとき、どの表し方で判定したのかまで書かないと、試験機関ごとに読み方が割れる。

連続噴霧は、同じ処理のロット同士を短時間で比べるのには向いている。逆に「この部品は屋外で何年もつか」を答える試験ではない。この点は塩水噴霧試験の条件の記事でも同じ結論で、品質の確認に使い、寿命の予測には使わない。

サイクル試験：乾く時間を入れて、比較の精度を上げる

JIS H 8502 はサイクル試験を、自然環境に近似させ、かつ促進する目的で、腐食液の噴霧・乾燥・湿潤の雰囲気を繰り返して行う試験と定義している^[2]。静岡県工業技術研究所の設備紹介も、複合サイクル腐食試験は塩水の噴霧に乾燥や湿潤の工程を組み合わせることで、塩水噴霧試験と比べてより製品の実使用環境に近く、厳しい条件の促進試験になると説明し、実使用環境での状態変化を確認・予測する目的での要望が増えていると書いている^[6]。

JIS H 8502 の中性塩水噴霧サイクル試験と人工酸性雨サイクル試験の条件は、次のとおりである^[2]。

同じ規格は、試験片は製品の有効面から採るか製品そのものとし、製品で試験・判定が難しいときは代わりの試験片でもよいが、製品を代表できるものでなければならない、としている^[2]。大きさは 150×70 mm か 100×100 mm が望ましく、切り口や端面など試験面でない素地の露出部は、試験条件で安定な皮膜で保護しなければならない^[2]。平板で比べた順位が、曲げ・穴・溶接のある実際の部品でも同じになるとは限らない。比較の段階では平板、最終の確認では実物、と分けて考える。

サイクル試験の条件は、この 2 つのほかに業界団体や顧客が独自に決めたものが多数ある。顧客から試験の条件番号を指定されているなら、その文書を試験機関に渡す。指定がないのに「サイクル試験で」とだけ頼むと、試験機関の手持ちの条件で行われ、後で比べられなくなる。

暴露試験：時間はかかるが、実際の傷み方が見える

大気暴露試験方法通則の JIS Z 2381 は、暴露試験の種類を、直接暴露試験（日照・雨・雪・風の自然状態に直接さらす）、ガラス越し暴露試験、遮蔽暴露試験（遮蔽構造物の下や中、屋内に置き、日照・雨などの直接の影響を避ける）、ブラックボックス暴露試験の 4 つに分けている^[3]。物質・材料研究機構の解説は、遮蔽暴露試験は海浜地域のように海塩粒子が飛んでくる場所では試験片の表面に海塩が積もり、非常に厳しい腐食環境になると書いている^[5]。雨で洗い流されないためである。屋外の機器の中や軒下で使う部品なら、直接暴露より遮蔽暴露の方が使われ方に近いことがある。

JIS Z 2381 は、暴露試験期間を、週（1〜4 週）、月（1・3・6・9 か月）、年（1・1.5・2・3・5・7・10・15・20 年）から選ぶか、太陽放射光の露光量か、性質・性能の変化の程度で決める、としている^[3]。試験の前に、目的・評価項目・試験環境・暴露場所・種類・期間などの計画を立てるのがよい、とも書いている^[3]。また、暴露する試料と同時に作って暴露せずに保管する保存用試料や、変化の傾向が分かっている参照試料を置くことを定めている^[3]。後から「最初の状態と比べてどうか」「同じ場所で他の材料と比べてどうか」を言うための備えである。

場所の厳しさを先に測る

製品の試験とは別に、設置場所そのものがどれだけ腐食しやすいかを測る方法もある。JIS Z 2383 は、大気環境の腐食性を評価するための標準金属試験片と、その腐食度の測定方法を定めている^[4]。標準の試験片はアルミニウム・銅・亜鉛・鋼・耐候性鋼・ステンレス鋼の 6 種類で、地域の腐食性は 1 年暴露した標準試験片の腐食度から特性化できるとしている^[4]。測った値（最初の 1 年間の腐食度）は ISO 9223 による大気の腐食性の分類基準として使われる、と同じ規格に書かれている^[4]。

この測り方は、同じ製品を国内の複数の工場や海外の拠点に置くとき、どこがいちばん厳しいかを比べるのに使える。製品の試験の条件を決める前に、使われる場所の厳しさを数字で持っておくと、促進試験の条件や時間を決める根拠になる。

ガスと湿度による腐食は、別の試験で見る

接点や端子の変色、基板の配線の腐食は、塩分ではなく硫黄化合物や塩素などのガスで起きることがある。JIS H 8502 も、二酸化硫黄・硫化水素・塩素・混合ガスの試験を塩水の試験とは別に定めている^[2]。ガスによる腐食試験の選び方はガス腐食試験の選び方で、塩分のない高温高湿での劣化を見る試験は高温高湿試験を頼むときで扱う。保管中の加工品にさびが出る問題は加工品の保管中のさびが近い。

試験を選ぶ手順

1. 決めたいことを 4 つのうちから選ぶ
受入の確認か、候補の比較か、使用環境での傷み方の見当か、起きた腐食の再現か。

2. 使われる場所を書き出す
屋外か屋内か、雨が当たるか、海からの距離、結露するか、工場の排ガスや温泉地のような特別な環境か。分からなければ、場所の腐食性を測ることから始める^[4]。

3. 顧客や業界の指定を確かめる
顧客の図面や仕様書に試験の規格と条件の指定があれば、それが最優先になる。

4. 試験片と判定の方法を決める
平板か実物か、端面をどう保護するか^[2]、判定はレイティングナンバか、さびの出るまでの時間か、腐食減量か^[1]。

5. 促進試験と暴露試験をどう組むか決める
促進試験で候補を絞り、残った候補を暴露で確かめる、という順番にすると、時間とお金の使い方がはっきりする。促進試験の結果だけで年数を言わない^[5]。

外に頼むときに渡すもの・受け取るもの

試験機関や、試験の手配を仕入先に頼むときは、次の表の左の列を依頼書に書き、右の列を報告書で受け取る。

見積を比べるときは、同じ試験の型・同じ時間・同じ試験片の数で比べる。試験機関によって、途中の観察の回数や写真の枚数、腐食生成物の除去の有無で金額が変わる。判定まで頼むのか、試験と記録だけを頼むのかも、先に分けておく。

どの試験で何を確かめるか決めかねたら、目的の整理から相談を→ 相談する

よくある質問

塩水噴霧 1,000 時間に耐えれば、屋外で何年もちますか

換算できない。連続噴霧は乾く時間がなく、乾湿を繰り返す屋外とは傷み方が違うことがあり、促進試験は条件によって実環境と腐食の形が異なると指摘されている^[5]。年数を知りたいなら、使われる場所に近い暴露試験か、暴露の結果と照らし合わせたサイクル試験の組み方を考える。

サイクル試験の方が厳しいので、サイクル試験だけやればよいですか

目的による。受入でロットの出来を確かめるなら、短時間で条件のそろった連続噴霧の方が使いやすいことがある。サイクル試験は候補の比較や、実使用環境での状態変化を見たいときに向く^[6]。両方の結果を同じ尺度で並べることはできない。

試験片は製品そのものと平板のどちらがよいですか

製品の有効面か製品そのものが基本で、難しいときは製品を代表できる試験片を使う^[2]。平板は比べやすいが、穴・曲げ・溶接・すき間のような実物の弱いところが入らない。候補の絞り込みは平板、最後の確認は実物、と分けるのが現実的である。

まとめ

腐食試験は、受入の確認・候補の比較・使用環境での見当・起きた腐食の再現のどれを決めたいかで選ぶ。連続噴霧は受入の確認に向き^[1]、噴霧・乾燥・湿潤を繰り返すサイクル試験は比較に向く^[2][6]。実際の傷み方を知るには暴露試験が要り^[3][5]、場所の厳しさは標準の金属片で測れる^[4]。外に頼むときは、目的・使用環境・条件・試験片・判定の方法を依頼書に書き、報告書で条件の記録と判定の根拠を受け取る。

あわせて、めっき不良の原因の切り分け、信頼性試験の項目の選び方、筐体内の結露も参照してほしい。

出典・参考資料

1. JIS Z 2371:2015 塩水噴霧試験方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧）
2. JIS H 8502:1999 めっきの耐食性試験方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧／1999 年版・2023 年確認）
3. JIS Z 2381:2017 大気暴露試験方法通則（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧）
4. JIS Z 2383:1998 大気環境の腐食性を評価するための標準金属試験片及びその腐食度の測定方法（日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧）
5. 片山英樹「大気暴露試験の概要と試験データの活用」（物質・材料研究機構 構造材料研究センター／NIMS Materials Data Repository）
6. 「複合サイクル腐食試験機」静岡県工業技術情報（2023）No.11（静岡県工業技術研究所 浜松工業技術支援センター）

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