耐食性とは？金属材料の限界と樹脂という選択肢を設計者視点で整理

耐食性と言えば、材料選定の際に「錆びにくい材質を」と検討する設計者にとって、身近な性能のひとつです。一方で、薬品の濃度や使用温度、機械的応力の有無といった「腐食を加速させる要因」を、実務レベルで正確に捉えられている人は少ないのではないでしょうか。

耐食性は単なる材料特性ではなく、装置の寿命や信頼性、メンテナンスコストを左右する設計要素です。本記事では、腐食を引き起こす主要因や評価方法の基本から、金属と樹脂の耐食性を比較できる表、さらには金属の限界をカバーする樹脂化の選択肢まで解説します。

耐食性とは

耐食性とは、素材が持つ「腐食・錆への耐性」のことです。設計者が材料を選定する際、強度の次に重要視されることも多い指標です。

そもそも腐食とは、金属などの素材が周囲の環境（水分や酸素、化学物質など）と化学反応を起こし、表面から変質・消失していく現象を指します。その主な原因は、周囲の物質との間で電子のやり取りが発生する電気化学的な反応や、酸・アルカリによる化学的な反応であり、素材本来の機能や外観を損なう原因です。

耐食性が素材自体の「錆びにくさ」を指すのに対し、防食は、めっきや塗装などの表面処理を施して素材を腐食環境から遮断し、腐食の進行を抑制する技術や処置を指します。

耐腐食性との違い

「耐食性」と「耐腐食性」に厳密な違いはありません。日本機械学会の定義においても同義として扱われており、実務上は混同しても問題はありません。

ただし、周辺用語には以下のようなニュアンスの違いがあるため、設計現場では正しく使い分けましょう。

耐腐食性：腐食に耐える性質を指し、一般に「耐食性」と同じ意味で用いられます。
防食性：表面処理や構造上の工夫によって、腐食をどの程度防げるかという手段の効果度合いを指します。
耐候性：太陽光（紫外線）や雨風、温度変化といった屋外の自然環境全般に対する変質・劣化への強さを意味します。

耐食性を左右する設計条件

耐食性は材料固有の特性だけで決まるものではありません。同じステンレス鋼でも、使用環境や設計のあり方によって、数十年耐えることもあれば数日でボルトが脱落することもあります。腐食は複数の要因が同時に作用する「複合現象」であり、設計段階でその前提を理解しておくことが重要です。

設計段階で考慮すべき主要な腐食要因を整理すると、以下のようになります。

図1 耐食性を左右する主な腐食原因

化学的要因：薬品の種類、濃度、pH値
物理的要因：使用温度、流体の流速・圧力
機械的要因：引張応力、残留応力、振動
環境的要因：湿度、塩分、大気汚染、紫外線
設計・運用的要因：異種金属の接触、洗浄工程、メンテナンス頻度

薬品の種類・濃度

接触する薬品が酸性かアルカリ性か、あるいは有機溶剤かによって、最適な材料は異なります。

一般に強酸や強アルカリほど腐食のリスクは高まります。例えば、アルミニウムは中性付近では安定していますが、酸やアルカリの濃度が高まると急激に溶解が進みます。

設計時には「常時接触するのか」「飛沫がかかる程度か」といった接触頻度もあわせて考慮する必要があります。

温度条件

温度は腐食の加速要因です。常温では耐食性に問題がない材料でも、高温下では短期間で寿命を迎える場合があります。特に高温の塩水や薬液を扱う環境では、金属の腐食速度が増大するため、よりグレードの高い材料への見直しが必須となります。

機械的応力の有無

設計者として警戒すべきなのが、材料に引張応力や残留応力がかかった状態で発生する「応力腐食割れ（SCC）」です。

腐食環境下で応力が加わると、部材の表面に微細な亀裂が生じ、そこから腐食が深部へ進行して突然の破断を招きます。溶接部付近の残留応力や、ボルトの締め過ぎによる過度な応力は、目に見えない致命的なリスクとなります。

洗浄・メンテナンス工程

装置の使用時だけでなく、洗浄工程が腐食を招くケースも少なくありません。

例えば、食品機械や医療機器で多用される「高温スチーム洗浄」や「強アルカリ性の殺菌剤」は、材料表面の不動態被膜を損傷させる場合があります。設計時には、実運用で行われるメンテナンスサイクルの条件までを耐食設計の範囲に含めるべきです。

異種金属接触腐食（電食）

異なる種類の金属を接触させた状態で水分（電解質）が介在すると、電位差によって一方の金属が急速に腐食する「ガルバニック腐食（電食）」が発生します。

よくある失敗例が、ステンレス製のフレームにアルミニウム製の部品をボルト締結するケースです。イオン化傾向の大きいアルミニウム側が犠牲となって激しく腐食してしまいます。異種金属を組み合わせる際は、絶縁ワッシャーやブッシュを用いて電気的に遮断するなどの対策が欠かせません。

その他環境条件

設置場所の地理的な条件も無視できません。海沿いの工場であれば潮風による塩害を、工業地帯であれば排ガスに含まれる腐食性ガスを考慮する必要があります。

また、屋外設置の場合は、湿度による結露が「隙間腐食」の原因となるため、水抜き穴の設置や通気性の確保といった構造的な配慮が求められます。

金属材料の耐食性

金属材料は高い強度と加工性を持つ一方で、種類によって「何に対して強いか（あるいは弱いか）」が明確に分かれます。金属と樹脂の耐食性および基本特性の傾向は以下の通りです。

表1 金属と樹脂の耐食性（目安）

	ステンレス鋼	アルミ合金	めっき鋼材	樹脂材料
耐水性	◎	○	△	◎
耐酸性	△~○	×	×	◎
耐アルカリ性	○	×	×	◎
耐塩水性	△	×	○	◎
機械的強度	◎	○	◎	△

※表1は一般的な傾向です。実際の可否は薬品の種類・濃度・温度・流速・表面処理等で大きく変わるため、最終判断は耐薬品データや実環境試験で確認してください。

設計の第一歩として、主要な金属の耐食メカニズムとその限界を把握しましょう。

ステンレス鋼の耐食性

ステンレス鋼の耐食性のポイントは、含有されるクロムが酸素と結びついて表面に形成される「不動態被膜」です。この緻密な膜が、内部への腐食の進行を強力に遮断します。

耐食性の特徴：一般的な大気中や水中では高い耐食性を示します。汎用的なSUS304に対し、モリブデンを添加したSUS316Lは、塩化物イオンによる「孔食（点状の錆）」への耐性が高く、海水環境や化学薬品を扱う装置に適しています。
主な用途：食品機械、医療機器、化学プラント、水処理施設など。
注意点：塩素イオン（塩水や漂白剤）に弱く、条件によっては不動態被膜が局部的に破壊され、孔食や応力腐食割れを招くことがあります。

アルミニウムおよびアルミ合金の耐食性

アルミニウムは、表面に自然に形成される薄い酸化皮膜によって保護されており、中性付近の環境下では良好な耐食性を示します。

耐食性の特徴：屋内や大気中では錆びにくい材料ですが、実務では耐食性と耐摩耗性を高めるためにアルマイト処理（陽極酸化処理）を施すのが一般的です。アルマイト処理を行うことで、保護膜を厚く緻密にし、腐食リスクを低減できます。
主な用途：自動化装置のフレーム、輸送機器部品、看板、建材など。
注意点：強酸や強アルカリには弱く、容易に溶解します。また、前述の「電食」を起こしやすいため、ステンレス製ボルトでの締結時などには絶縁への配慮が必須です。

めっき鋼板（亜鉛めっき鋼等）の耐食性

炭素鋼（鉄）の表面に亜鉛などの層を形成させためっき鋼板は、コストパフォーマンスに優れた耐食材料です。

耐食性の特徴：「バリア効果」と「犠牲防食作用」の二段構えで鉄を守ります。表面の亜鉛層が腐食因子を遮断するだけでなく、万一傷がついて鉄素地が露出しても、周囲の亜鉛が鉄よりも先に腐食することで、鉄の腐食を抑制します。
主な用途：屋外インフラ設備、自動車のボディパネル、家電製品の筐体、建築資材など。
注意点：亜鉛層が消耗し尽くすと鉄の腐食が進行します。また、強酸・強アルカリ環境下では亜鉛そのものの消耗が早いため、過酷な化学環境には向きません。

耐食性を高める方法

適切な材料を選んだとしても、それだけで万全ではありません。部品の寿命を最大化させるためには、表面処理と、腐食を物理的に寄せ付けない設計・構造の作り込みが不可欠です。

表面処理による耐食性向上

表面処理は、腐食の原因となる水分や酸素、薬品から素材を物理的に遮断する方法です。

めっき・塗装

鉄鋼材料に対して一般的に用いられるのがめっきや塗装です。亜鉛めっきは素材を覆うバリア効果に加え、万一傷がついても周囲の亜鉛が先に腐食して鉄を守る犠牲防食作用を発揮します。塗装は、エポキシ樹脂やポリウレタン樹脂などの強固な膜を形成することで、広範囲の部品に対して安価かつ効果的に腐食因子を遮断します。

関連記事：メッキの目的や種類、加工工程についてご紹介

アルマイト処理（陽極酸化処理）

アルミニウム部品の設計においてアルマイト処理は欠かせません。人工的に酸化被膜を成長させる処理で、自然に形成される被膜よりもはるかに緻密で厚い保護層を形成します。さらに、被膜にある微細な孔をふさぐ封孔処理を施せば、過酷な環境下でも素材の劣化や変色を最小限に抑えられます。

関連記事：アルマイト（陽極酸化処理）とは？特徴や種類、用途などを解説

不動態化処理（パッシベーション）

ステンレス鋼の耐食性を引き出す手法のひとつが不動態化処理です。硝酸などの酸化性酸に浸漬させて、表面に付着した微細な鉄粉などの不純物を除去し、クロムを主体とした緻密な不動態被膜を強制的に再形成させます。加工時に発生した「もらい錆」を予防し、ステンレス本来の錆びにくさを長期にわたって維持するために有効です。

関連記事：不動態化処理とは（パシペート処理）｜仕組み・方法・効果・選定ポイント

フッ素樹脂コーティング

金属の剛性と樹脂の耐薬品性を両立させたい場合には、フッ素樹脂コーティングが適しています。テフロン®などの膜を金属表面に焼き付けることで、強酸や強アルカリが飛散する環境下でも金属の腐食を防止可能です。また、非粘着性も付与されるため、薬品の付着や汚れの蓄積を抑える副次的なメリットも得られます。

設計・構造による耐食性向上

材料や表面処理が適切であっても、構造に欠陥があればそこから腐食は始まります。設計者の知恵によって、腐食リスクを構造的に排除することが重要です。

液だまりを作らない構造

水分や薬品が滞留する箇所では、溶剤の蒸発に伴って成分が濃縮され、腐食が急激に進行します。これを防ぐためには、液だまりが発生しないよう部品に傾斜をつけたり、最下部にドレン穴を設けて速やかに排出させたりする工夫が必要です。溶接構造においても、ビードを平滑に仕上げて段差をなくし、微細な液だまりを発生させない配慮が求められます。

隙間腐食対策

ボルト締結部の重なりやガスケットの境界など、狭い隙間には腐食因子が入り込みやすく、かつ酸素が供給されにくいため、一度腐食が始まると加速的に進行します。対策としては、隙間をシール材で完全に充填して外気を遮断するか、あるいは構造自体をボルト締結から全周溶接に変更して隙間そのものをなくすことが、長期的な信頼性確保につながります。

異種金属接触対策

異なる種類の金属を組み合わせて使用する場合、電位差によるガルバニック腐食（電食）への対策が不可欠です。例えばアルミニウム部品をステンレスボルトで固定するような構成では、樹脂製のブッシュや絶縁ワッシャーを挟んで電気的に遮断することが欠かせません。どうしても接触が避けられない場合は、電位差の近い材料同士を組み合わせる、あるいは交換が容易な部品側に腐食を集中させるといった戦略的な判断も必要です。

表面粗さの管理

表面が荒い状態だと、凹凸の谷間に汚れや水分、腐食性物質が定着しやすくなります。耐食性が重視される部品では、バフ研磨や電解研磨を指示して表面粗さを小さく管理することが大切です。また、滑らかな表面は洗浄性も高まるため、メンテナンスサイクルを長く設定できる利点もあります。

応力集中の緩和

応力腐食割れ（SCC）のリスクを低減するためには、形状による応力集中の排除が欠かせません。鋭角なコーナー部は避け、可能な限り大きなアール（R）を設けて、引張応力が特定箇所に集中するのを防ぎます。また、溶接後に応力除去焼きなましを検討するなど、加工工程で生じた残留応力を物理的に緩和させることも、突然の破断事故を防ぐための重要な設計判断です。

金属では耐えられないほど腐食が厳しい環境

図2 金属材料と樹脂材料の耐食性の考え方

金属は強度に優れる一方で、強酸・強アルカリや高温薬液、強い酸化性雰囲気といった環境では、不動態被膜が破壊され短期間で致命的な腐食を招きます。いかに高級な合金でも、金属である以上は電気化学的な溶解反応から逃れられないケースがあるのです。

このような金属の限界を超える対策として検討すべきが、樹脂材料への置き換えです。樹脂は腐食という概念そのものを受け付けないため、条件が合えば半永久的な耐用年数を確保できます。

例えば、腐食の激しいメッキラインの配管部品をポリフッ化ビニリデン（PVDF）等の樹脂へ変更し、メンテナンスコストを低減した事例もあります。強度面での設計変更は必要ですが、腐食を根本から排除する手段として樹脂化は有効な選択肢です。

ただし、樹脂は金属に比べて熱膨張係数が大きい点に注意が必要です。薬液の温度変化が激しい環境では、嵌合部のガタや樹脂のたわみを考慮した設計変更がセットになります。

耐食性を確保できる樹脂材料

耐食性を確保できる樹脂材料は、特定の薬品や環境下で「腐食」をほとんど起こさない一方で、薬品の浸透による膨潤や劣化の仕方は異なります。各材料について詳しく見ていきましょう。

EPDM（エチレンプロピレンゴム）

ゴム材料の中でもEPDMは、抜群の耐候性と耐薬品性を誇ります。特に酸素やオゾンによる劣化に強く、屋外環境で長期間使用してもひび割れなどの経年劣化が起きにくいのが特徴です。無機薬品や極性溶媒に対しても高い耐性を示す一方で、ガソリンや潤滑油などの鉱物油には弱く、接触すると膨潤して機能を損ないます。油剤が介在する環境での選定には注意が必要です。

テフロン®（PTFE樹脂）

テフロンの名で知られるPTFE樹脂は、あらゆる樹脂の中でトップクラスの耐薬品性を備えています。強酸や強アルカリ、有機溶剤のいずれに対しても化学的に不活性であり、ほぼ全ての薬品に侵されることがありません。「テフロンで耐えられなければ他の材料は諦めるしかない」と言われるほど圧倒的な安定性を持ち、かつ高温下でもその耐食特性を維持できるため、過酷な化学プロセスには不可欠な素材となっています。

関連記事：フッ素樹脂とは？種類や特徴、用途を解説

PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）

PEEKは、優れた耐薬品性と金属に匹敵する機械的強度を高い次元で両立したスーパーエンジニアリングプラスチックです。濃硫酸など一部の特殊な薬品を除けば、ほぼ全ての薬品に対して高い抵抗力を持ち、高温高圧の腐食性環境下でも物性や寸法安定性を損なうことがありません。金属からの置き換えにおいて最も信頼性が高く、腐食を嫌い、かつ強度も要求される半導体分野や化学プラントの重要部品に最適です。

関連記事：PEEK樹脂とは？種類や特徴、用途を解説

ポリプロピレン（PP）

ポリプロピレンは、酸や塩基に対して安定した性質を持つ汎用的な樹脂材料です。常温付近の薬液に対しては高い耐性を示し、腐食性ガスの排気ファンや薬液タンクのライニング材として広く利用されています。軽量で加工性も良いため、コストを抑えつつ「錆びない部材」を実現したい場合に、真っ先に候補に挙がる実用的かつ合理的な選択肢といえます。

ポリエチレン（PE）

ポリエチレンは、実験室の薬品ボトルに多用されることからも分かる通り、優れた耐薬品性を有しています。酸やアルカリへの耐性はもちろん、ステンレス鋼が苦手とする次亜塩素酸などの塩素系薬品にも強いため、水処理施設の配管部品等に適しています。耐熱温度は低めですが、低温環境でも割れにくい柔軟性を保ち、腐食対策の基本素材として幅広いシーンで重宝されます。

関連記事：超高分子量ポリエチレンとは？特徴や用途を解説

メビーの部品加工事例

メビーでは、耐食性に優れた樹脂材の加工に加え、塗装などの各種表面処理にも対応しています。

写真
用途	組立用治具	イケール（アーク溶接）
サービス名	切削加工（丸物）	板金溶接加工
材質	ABS（スタンダード・自然色）	SPCC/SPHC
表面処理	なし	塗装10GY9/1（近似マンセル値) / Tクリーム
サイズ	Ø80×L5mm	板厚6.0mm W60×D80×H166mm
出荷日	8日目	10日目
参考価格	6,519円	9,652円

※2026年2月時点

まとめ

耐食性とは、素材そのものの錆びにくさだけでなく、使用環境との相互作用によって決まる性能です。設計にあたっては、薬品の濃度や温度、残留応力、異種金属の組み合わせといった腐食を加速させる要因を把握し、液だまりを排除する構造や適切な表面処理を組み合わせることが欠かせません。ステンレスやアルミといった金属材料は優れた強度を持ちますが、強酸や強アルカリが介在する極限環境では、物理的な限界を迎えることがあります。

こうした金属の弱点を補う手段として、PTFEやPEEKといった高機能樹脂への置き換えは有効な選択肢です。樹脂は電気化学的な腐食を本質的に受けないため、適切に選定すれば装置の長寿命化とメンテナンスコストの削減を同時に達成できます。

本記事の内容を参考にし、環境負荷や腐食のリスクを最小限に抑えた、信頼性の高い高品質な製品開発を目指してください。

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