Corrosion of Magnesium Alloys: A Review

本記事では、International Journal of Multidisciplinary and Current Researchで発行された論文「Corrosion of Magnesium Alloys: A Review」を紹介します。

1. 概要:

• タイトル: Corrosion of Magnesium Alloys: A Review
• 著者: Prashant Sinha
• 発行年: 2023年
• 発行ジャーナル/学会: International Journal of Multidisciplinary and Current Research
• キーワード: Magnesium alloys, Corrosion characteristics etc.

2. 概要または序論

マグネシウム合金は、航空機や輸送技術への応用において、強度対重量比の高さからますます普及しています。しかし、アルミニウム合金とは異なり、腐食しやすい性質が主な障壁となっています。この論文では、マグネシウムの腐食プロセスを調査し、耐食性に優れた新しい合金開発の基礎を築くことを目的としています。マグネシウムは、軽量金属であり、多様な用途に適しています。強度対重量比に優れているにもかかわらず、マグネシウム合金は腐食の問題からアルミニウム合金ほど広くは使用されていません。本研究では、マグネシウム合金の腐食の原理と根本的な原因を調査し、耐食性に優れた合金開発の基礎となる腐食プロセスを理解することの重要性を強調しています。

3. 研究背景:

研究トピックの背景:

マグネシウム合金は、その優れた強度対重量比により、軽量化が求められる用途、特に航空・輸送分野においてますます注目されています。しかし、本質的な腐食 susceptibility は、アルミニウム合金と比較して、その広範な利用に対する大きな障壁となっています。この腐食問題は、マグネシウム合金の普及を妨げる主要な要因として認識されています。

既存研究の現状:

マグネシウム合金は、優れた剛性/重量比や鋳造の容易さなど、望ましい特性を備えている一方で、耐食性は依然として重要な懸念事項です。既存の研究では、腐食がマグネシウム合金の応用範囲を拡大するために対処すべき主要な問題であることが認識されています。論文では、「The processes of magnesium corrosion are investigated in this research, which also sets the framework for the development of novel alloys with improved corrosion characteristics.（マグネシウム腐食のプロセスは本研究で調査されており、これは耐食性に優れた新しい合金の開発のための枠組みを構築するものである。）」と強調しています。

研究の必要性:

マグネシウムの腐食プロセスを包括的に理解することは、新しい合金設計の進歩に不可欠です。優れた耐食性を示す合金の開発は、マグネシウムの腐食を支配する基本的なプロセスをしっかりと把握していることが前提となります。論文に記載されているように、「It is crucial for the development of new alloys to have a solid understanding of the processes of corrosion, since this provides the foundation for the creation of alloys with superior corrosion characteristics [3].（耐食性に優れた合金を開発するためには、腐食プロセスをしっかりと理解することが不可欠であり、それが優れた耐食性を持つ合金を作るための基礎となるからである[3]。）」

4. 研究目的と研究課題:

研究目的:

主な研究目的は、マグネシウム合金の腐食プロセスを調査することです。この調査は、耐食性に優れた新しいマグネシウム合金の開発を導くことができる枠組みを提供することを目的としています。論文では明確に、「The processes of magnesium corrosion are investigated in this research, which also sets the framework for the development of novel alloys with improved corrosion characteristics.（マグネシウム腐食のプロセスは本研究で調査されており、これは耐食性に優れた新しい合金の開発のための枠組みを構築するものである。）」と述べています。

主な研究内容:

主な研究内容は、マグネシウム合金の腐食の原理を理解し、この現象の根本的な原因を探求することです。本研究では、ガルバニック腐食、粒界腐食、局部腐食、腐食メカニズムなど、腐食挙動のさまざまな側面を掘り下げています。

研究仮説:

仮説として明示的に述べられてはいませんが、本研究は、マグネシウムの腐食メカニズムをより深く理解することで、耐食性が向上したマグネシウム合金の設計が可能になるという暗黙の了解のもとに進められています。論文では、腐食プロセスを調査することで、マグネシウム合金の耐食性を向上させるための戦略を特定できる可能性を示唆しています。

5. 研究方法

研究デザイン:

本論文はレビュー論文です。研究デザインは、マグネシウム合金の腐食に関する既存の研究論文や出版物の包括的な文献レビューに基づいています。

データ収集方法:

データ収集は、マグネシウム合金の腐食に関する公開された研究論文、記事、ハンドブックから情報を収集することによって行われました。著者は、既存の知識を統合して、トピックの包括的な概要を提供しました。

分析方法:

採用された分析方法は定性的であり、文献から収集された情報の統合と解釈を含みます。レビューでは、マグネシウム腐食の現在の理解を分析および要約し、さまざまな種類の腐食とそのメカニズムを分類しています。

研究対象と範囲:

研究対象は、マグネシウム合金とその腐食挙動です。レビューの範囲は、マグネシウム合金の特性と応用、さまざまな環境における腐食挙動、さまざまな種類の腐食（ガルバニック腐食、粒界腐食、局部腐食）、腐食メカニズム、腐食の熱力学など、マグネシウム腐食のさまざまな側面を網羅しています。

6. 主な研究成果:

主な研究成果:

• Mg合金の特性と応用: マグネシウムは低密度、六方晶構造を持ち、特定の格子定数（a = 3.20 Å、c = 5.20 Å、c/a = 1.624）を持ちます。航空宇宙および輸送分野での鋳造品、および合金元素として主に様々な用途に使用されています。ダイカストマグネシウムは、コンピュータのディスクドライブや磁気カードリーダーに使用されています [8-25]。
• 腐食挙動: マグネシウムは、特に金属不純物やCl-イオンなどの腐食性電解質が存在する場合、耐食性が低い [37-39]。酸化皮膜は、田園地帯、工業地帯、海洋環境においてある程度の保護を提供します。マグネシウム合金は、軟鋼よりも大気腐食に対する耐性が高いです。鋳造合金AZ91は、アルミニウムや鋼のダイカストよりも耐塩水噴霧性が高いことを示しています。AZ91Eのような高純度合金は、塩水中で大幅に耐食性が向上します。腐食形態は環境条件によって異なり、大気腐食はより広範囲に及び、水中腐食はより限定的です [40-41]。市販品質のマグネシウム腐食は粒界腐食であり、純マグネシウム腐食は不均一です [40-41]。
• ガルバニック腐食: マグネシウム合金は、他の金属よりもガルバニック腐食に対する耐性が高いです。ガルバニック腐食は、電位差、導電率、分極率、カソード対アノードの面積比、およびそれらの間の距離によって発生する可能性があります。
• 粒界腐食: マグネシウムとその合金は、粒界腐食に耐性があります。腐食は粒界で発生し、内部には浸透しません [4, 18]。
• 局部腐食: マグネシウムは、自由腐食電位が低いため、中性またはアルカリ性塩溶液中で孔食が発生しやすいです。
• 腐食メカニズム: 腐食プロセスは、個々の構成相の反応性に根ざしています。純マグネシウム腐食には、水酸化マグネシウムと水素ガスを生成する反応が含まれます [42-45]。
• 全体的な腐食反応: 全体的な腐食反応は、Mg+2H2O→ Mg(OH)2+H2 [4] です。これは、アノード反応（Mg → Mg2+ +2e）、カソード反応（2H2O+2e→ H2+2OH¯）、および生成物形成（Mg2++2OH¯→ Mg(OH)2）として表されます。
• 熱力学: マグネシウムは、工学金属の中で最も低い標準電位を持っています（図1）。塩化物溶液中では、腐食電位は-1.7 Vnheです。水酸化マグネシウム（Mg(OH)2）または酸化マグネシウム（MgO）皮膜の形成は、腐食電位に影響を与えます。

提示されたデータの分析:

論文では、図1に電気化学的起電力系列を示し、他の金属と比較してマグネシウムの標準電位を示しています。このデータは、マグネシウム腐食の熱力学的側面に関する議論を裏付け、その高い反応性を強調しています。レビューは、さまざまな研究からの知見を統合して、マグネシウム腐食に影響を与える要因と、関与するメカニズムを分析しています。

図のリスト:

• 図 1. 電気化学的起電力系列 [1-3]。

7. 結論:

主な知見の要約:

本レビューでは、マグネシウム合金の腐食挙動を要約し、その有利な強度対重量比にもかかわらず、腐食しやすいことを強調しています。主な知見には、不純物、環境条件、合金組成が耐食性に及ぼす影響が含まれます。ガルバニック腐食、粒界腐食、局部腐食などのさまざまな種類の腐食、および根本的な腐食メカニズムと熱力学的考察について説明しています。耐食性を向上させる上での不動態化の重要性が強調されています。

研究の学術的意義:

本研究は、マグネシウム合金の腐食に関する包括的なハンドブックレベルのレビューを提供し、既存の知識を統合し、関連する複雑な現象の構造化された理解を提供します。材料科学および工学の研究者やエンジニア、特にマグネシウム合金の開発と腐食緩和に焦点を当てている研究者やエンジニアにとって、貴重なリソースとなります。

実用的な意義:

本レビューは、特に構造的および要求の厳しい環境において、マグネシウム合金の実用的な応用範囲を拡大するために、腐食問題に対処する必要性を強調しています。提供された洞察は、マグネシウム合金の耐食性を向上させるための新しい合金化戦略と表面処理の開発を導き、それによって航空宇宙や輸送を含むさまざまな産業でのより広範な採用を可能にする可能性があります。

研究の限界と今後の研究分野:

レビュー論文として、本研究は既存の文献の範囲によって制限されます。広範な概要を提供していますが、個々の研究や実験方法論の具体的な詳細は広範囲にはカバーされていません。今後の研究では、マグネシウム合金の不動態化を改善するための革新的な方法の開発と、耐食性を向上させるための新しい合金元素と加工技術の探求に焦点を当てる必要があります。多様な運用環境における新開発のマグネシウム合金の長期腐食挙動に関するさらなる調査も必要です。論文では、「Improving the protective instinct of the passivation coating has proven to be the only method that has been successful in producing a magnesium alloy with a corrosion rate that is significantly lower than the inherent corrosion rate that is measured by the weight loss of magnesium, which is 0.3 mm/y.（不動態化皮膜の保護本能を改善することが、マグネシウムの重量減少によって測定される固有の腐食速度である0.3 mm/yよりも大幅に低い腐食速度を持つマグネシウム合金を製造する上で唯一成功している方法であることが証明されています。）」と指摘しています。

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9. 著作権:

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