電気防食とは？仕組みや2つの方式、ほかの防食方法との違いを解説

「電気防食とはどのような仕組みなの？」「塗装や亜鉛めっきと何が違うのかわからない …」とお考えではありませんか？

金属の腐食を防ぐ方法の1つが「電気防食」です。

電気防食は、電気化学的な仕組みを利用して金属の腐食反応を抑える方法で、地中の配管や海水中の構造物などに用いられています。

本記事では、電気防食の基本的な仕組みや2つの方式、それぞれの違いを解説します。

塗装や亜鉛めっきとの違い、既存設備の防食性能を維持するための補修方法も紹介するので、自社設備の腐食対策を検討する際にお役立てください。

金属はなぜさびるのか？アノードとカソードによって腐食が進む

金属の腐食とは、周囲の環境との化学的・電気化学的な反応によって、金属が劣化する現象です。

鉄の場合、水分や酸素などが関与することで腐食が進み、一般的に「さび」と呼ばれる生成物が生じます。

水分が付着した鉄の表面では、場所によって異なる電気化学反応が起こっており、次の2つの領域に分けて考えることができます。

鉄がさびるときは、まずアノードで鉄が電子を放出し、水中に溶け出します。

一方、カソードでは、鉄の内部を移動してきた電子を使って酸素の還元反応が起こります。

このように、鉄が溶け出す反応と酸素が関わる反応が組み合わさることで、腐食が進んでいきます。

つまり、鉄の表面では、鉄が溶け出す部分と酸素が反応する部分が生じ、目に見えない電気化学反応によってさびていくのです。

電気防食は、この仕組みを利用した技術です。鉄が電子を放出して溶け出す反応を抑えることで、腐食の進行を防ぎます。

電気防食とは？腐食を防ぐ仕組み

電気防食とは、防食したい金属をカソード（陰極）として機能させ、腐食反応を抑制する方法です。

金属をカソード化するために、犠牲陽極を接続する方法や、外部電源から電流を供給する方法が用いられます。

通常、鉄の腐食ではアノード側で鉄が電子を放出して溶け出します。

電気防食では、防食対象に電子を供給することで、対象金属がアノードとして溶解する反応を抑える仕組みです。

ただし、電気防食は、金属が電解質となる水や土壌などと接する環境で、電流が流れる経路を確保できることが前提となります。

電気防食の2つの方式

電気防食には、大きく分けて以下の2種類があります。

• 流電陽極方式（犠牲陽極方式）
• 外部電源方式
  
  

それぞれの仕組みと特徴を見ていきましょう。

流電陽極方式（犠牲陽極方式）

流電陽極方式は、防食対象の金属よりも電位が低く、腐食しやすい金属を接続し、両者の電位差を利用して防食電流を流す方法です。

犠牲陽極方式とも呼ばれます。

例えば、鉄の防食には、使用環境に応じて亜鉛、アルミニウム、マグネシウムなどが陽極材料として用いられます。

鉄よりも先に陽極側の金属が溶解することで、防食対象に電流が供給され、鉄の腐食を抑制する仕組みです。

外部電源が不要で、設備構成を比較的シンプルにできる一方で、陽極は時間の経過とともに消耗するため、定期的な点検や交換が必要です。

外部電源方式

外部電源方式は、直流電源装置を用いて防食に必要な電流を供給する方法です。

防食対象を陰極側に接続し、別に設置した陽極から電流を流すことで腐食を抑えます。

陽極には、使用環境や設計条件に応じて、消耗の少ない材料などが選定されます。

電源装置によって電流を調整できるため、大規模な構造物や必要な防食電流が大きい設備などで採用されます。

ただし、電源装置や配線などの設備が必要となり、電流や防食状態を適切に管理しなければなりません。

流電陽極方式と外部電源方式の違い

上の表は2つの方式を比較したものです。どちらが適しているかは、方式だけで決まるものではありません。

防食対象の材質や大きさ、周囲の環境、必要な防食電流、設置・維持管理の条件などを踏まえて選定します。

電気防食と塗装・亜鉛めっきの違い

金属の腐食を防ぐ方法には、電気防食のほかに、塗装や亜鉛めっきなどがあります。

それぞれ防食の仕組みが異なるため、対象設備や使用環境に応じて使い分けることが大切です。

一般的な塗装は、金属表面に塗膜を形成し、腐食の原因となる水分や酸素などが接触するのを抑える方法です。

一方、電気防食は電気化学的な作用によって腐食反応を抑えます。

亜鉛めっきは、鉄の表面を亜鉛で覆うことで、腐食因子を遮断します。

また、めっき層に傷がついて鉄が露出した場合でも、周囲の亜鉛が優先的に溶解する犠牲防食作用によって、一定の条件下で鉄の腐食を抑えます。

なお、亜鉛を多く含むジンク塗料も、亜鉛の犠牲防食作用を利用した防食方法の1つです。

亜鉛が鉄よりも優先的に腐食する点では、流電陽極方式と共通する仕組みがあります。

ただし、ジンク塗料は鋼材表面に塗膜を形成して保護するもので、陽極や電源装置を設置する一般的な電気防食設備とは、施工方法や維持管理の方法が異なります。

既存設備の防食性能を維持するには

設備を長期間使用するには、導入時の防食対策だけでなく、運用中の点検や適切な補修も重要です。

• 設備の腐食状況に応じて補修方法を選ぶ
• 亜鉛めっき鋼材の傷や欠損を補修する
  
  

それぞれの確認事項と補修方法について解説します。 

設備の腐食状況に応じて補修方法を選ぶ

表面の塗膜が劣化している場合と、金属そのものが深く腐食している場合では、必要な対応が異なります。

例えば、塗膜の剥がれであれば部分的な補修や再塗装が考えられますが、めっき層の損傷には、素材や使用環境に適した補修剤を選ぶ必要があります。

また、腐食が広範囲に及んでいる場合は、原因を調査し、再発防止策も検討しましょう。

損傷が大きい場合や強度への影響が疑われる場合は、塗料による補修だけで済ませず、専門家による評価や部材の交換なども検討する必要があります。

なお、電気防食設備を導入している場合は、金属表面の腐食状況だけでなく、防食電位の測定や配線・接続部の点検なども重要です。

流電陽極方式では陽極の消耗状態、外部電源方式では電源装置の運転状況なども確認し、必要な防食性能が維持されているかを判断します。

亜鉛めっき鋼材の傷や欠損を補修する

亜鉛めっき鋼材に傷や欠損が生じた場合は、損傷の範囲や深さ、使用環境に応じて補修方法を選びます。

補修方法の1つが、亜鉛を多く含むジンク塗料の使用です。

亜鉛の犠牲防食作用と塗膜による保護を活用し、損傷した部分を補修します。

ただし、ジンク塗料の防食性能を十分に発揮させるには、適切な素地調整が重要です。

塗装前にはさびや汚れなどを除去し、製品ごとの塗装仕様に従って施工する必要があります。

日新インダストリーでは、亜鉛めっき鋼材や鋼構造物の補修に使用する1液形のジンク塗料を中心に、用途に応じた補修用塗料や補修剤を取り扱っています。

また、深い傷や欠損には、「ジンクパテST」のようなパテ状補修剤も選択肢の1つです。

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電気防食に関するよくある質問

電気防食に関するよくある質問は以下のとおりです。

• 電気防食と塗装による防食は何が違いますか？
• 犠牲陽極方式と外部電源方式はどちらが優れていますか？
• 電気防食と亜鉛めっきは併用できますか？
  
  

それぞれの回答を以下で確認していきましょう。

Q.  電気防食と塗装による防食は何が違いますか？

A.  電気防食は、防食対象をカソード化することで電気化学的な腐食反応を抑える方法です。

一方、一般的な塗装は塗膜で金属表面を覆い、水分や酸素などを遮断する方法となります。

適用できる環境や維持管理の方法が異なるため、設備の条件に応じて選定します。

Q.  犠牲陽極方式と外部電源方式はどちらが優れていますか？

A.  一概にどちらが優れているとはいえません。

流電陽極方式は外部電源が不要で、比較的シンプルな設備構成が可能です。

外部電源方式は電流を調整できるため、大きな防食電流が必要な設備などで採用されています。

防食対象の規模や環境、電源の確保、維持管理の条件を踏まえて選びましょう。

Q. 電気防食と亜鉛めっきは併用できますか？

A.  電気防食と亜鉛めっきは、設備の条件によって併用される場合があります。

亜鉛めっきは鋼材の表面を保護し、電気防食は防食電流を流すことで金属の腐食を抑えます。

ただし、併用する場合は、使用環境や電位条件などを考慮した設計が必要です。

亜鉛めっき鋼材の補修なら日新インダストリーにお問い合わせください

電気防食は、金属をカソード化して腐食反応を抑える技術です。

流電陽極方式と外部電源方式があり、防食対象の規模や使用環境、維持管理の条件に応じて選定します。

一方、塗装や亜鉛めっきにも、それぞれ異なる防食の仕組みがあります。

既存設備の防食性能を維持するには、腐食状況や損傷の程度を把握し、適切な補修方法を選ぶことが大切です。

亜鉛めっき鋼材の補修についてお悩みであれば、お気軽に日新インダストリーまでお問い合わせください。

補修箇所の状態や使用環境などをお伺いし、用途に適した補修用塗料・補修剤をご提案いたします。

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