⚡ 要点
- 異種金属と電解質（水分、塩水）がそろうと異種金属接触腐食が起こります。 イオン化傾向の大きい金属が陽極となり、早く腐食します。
- どちらが腐食するかは電気化学列で決まります。 アルミニウムは鉄より卑であり、鉄はステンレスより卑です。アルミ部品に鋼製ねじを使うと、アルミが腐食します。
- 面積比が決定的です。 小さい陽極と大きい陰極の組合せは極端に速く腐食します。アルミ板（大）に鋼製ねじ（小）が最悪のケースです。
- 対策は 3 つです。 絶縁ワッシャで絶縁する、電位の近い金属を選ぶ、犠牲防食コーティングを使う。
- シーラントや熱収縮チューブも絶縁に有効です。 水の浸入を防ぎ、電気的な経路を遮断します。
- 屋内の乾燥環境では腐食はゆっくり進みます。 注意すべきは屋外、海岸部、湿潤環境です。
- アルミにステンレスねじを使う場合は絶縁が必須です。 絶縁しないと、1〜2 年でアルミが貫通することがあります。
1. アルミトレイに鋼製ねじを使った事例
2019 年、ある EV 部品メーカーが 6061 アルミ板の電池トレイを、亜鉛めっき鋼製ねじで締結して出荷しました。1 年後、海岸部の顧客から各ねじ周辺に深い孔が発生し、トレイから水漏れしているとの報告が入りました。
亜鉛めっきねじ（陰極）がアルミ板（陽極）と接触し、海岸部の塩霧が電解質として作用していました。幾何形状は各ねじ周辺の小さな陽極と大きな陰極の組合せであり、アルミが深い孔状に腐食したのです。
対策は、ステンレスねじにナイロン絶縁ワッシャとシーラントを組み合わせるものでした。3 年経過した現在も再発報告はありません。
2. 局部電池の仕組み
電解質中に 2 種類の金属があると局部電池が形成されます。
- 陽極（卑な金属）： 電子を放出し、腐食します。
- 陰極（貴な金属）： 電子を受け取り、保護されます。
- 電解質： 水分、雨水、塩霧。
経験則として、電位差が 0.1 V を超えるとガルバニック腐食のリスクがあります。
3. 電気化学列
| 金属 | 電位（V、SCE 基準） | イオン化傾向 |
|---|---|---|
| マグネシウム | -1.6 | 最も卑 |
| 亜鉛 | -1.0 | |
| アルミニウム（高純度） | -0.8 | |
| 炭素鋼 | -0.6 | |
| 304 ステンレス（活性態） | -0.5 | |
| 304 ステンレス（不働態） | +0.1 | |
| 銅 | -0.2 | |
| チタン | +0.2 | 最も貴 |
電位差が大きいほど腐食は激しくなります。
4. 面積比の影響
設計者が最も見落とすのがこの点です。
- 小さい陽極・大きい陰極： 陽極電流密度が高く、腐食が速い。危険です。
- 大きい陽極・小さい陰極： 電流密度が低く、腐食は遅い。比較的安全です。
アルミ板（大）に鋼製ねじ（小）は小陽極・大陰極であり、板が速く腐食します。逆にして鋼板にアルミねじを使えば腐食するのはねじ側で、交換のコストは安く済みます。
5. よくある組合せ
| 組合せ | リスク | 対策 |
|---|---|---|
| アルミ部品＋鋼製ねじ | 高 | 絶縁ワッシャとシーラント |
| アルミ部品＋ステンレスねじ | 高 | 絶縁ワッシャ |
| 鋼部品＋ステンレスねじ | 中 | 多くの場合は許容 |
| 鋼部品＋亜鉛めっきねじ | 低 | 亜鉛が犠牲陽極として働く |
| 銅部品＋アルミねじ | 高 | 絶縁する |
| ステンレス＋ステンレス | なし | 電位が同じ |
6. 3 つの対策
6.1 電気的絶縁
- ナイロンまたは PTFE ワッシャ。
- ねじ軸部に絶縁スリーブを装着。
- シーラント。水の浸入も防ぎます。
6.2 電位の近い金属を選ぶ
アルミ部品にはアルミねじを使いますが、強度は制約されます。鋼部品には亜鉛めっき鋼製ねじを使います。
6.3 犠牲防食コーティング
鋼製ねじの亜鉛めっきはアルミより卑であるため、亜鉛が先に腐食してアルミを保護します。ただし皮膜が消耗しきると、再びガルバニック対が形成されます。
7. 判断フローとよくある質問
ステップ 1 — 屋内の乾燥か、屋外の湿潤か
屋内乾燥ならリスクは低いです。屋外、海岸部、湿潤環境なら絶縁は必須です。
ステップ 2 — 電位差はいくらか
0.1 V 未満なら安全です。0.2 V を超えるなら絶縁します。
ステップ 3 — 小さい陽極はどちら側か
小さい陽極が板のような高価な部品なら絶縁します。ねじのような安価な部品なら許容できます。
よくある質問
Q. ステンレスねじは本当にアルミに使えないのですか。 屋内なら使えます。屋外では絶縁が必要です。
Q. 絶縁ワッシャは締付力を下げますか。 下げます。ナイロンはクリープして軸力が経時的に低下するため、重要継手には金属裏打ちの絶縁ワッシャが必要です。
Q. アルマイト処理したアルミでも異種金属接触腐食は起こりますか。 皮膜は表面を絶縁しますが、タップ穴の内壁は素地が出ており、そこは腐食します。
Q. アルミに亜鉛めっき鋼製ねじを使うとどうなりますか。 亜鉛はアルミより卑なのでアルミを保護します。素地の鋼より有利ですが、皮膜が消耗するまでの話です。