錆びにくい金属のランキング|錆に強い金属の一覧

2018年6月18日更新

金属によって錆びにくいもの、錆びやすいものがありますが、どのような金属が錆びに強いのか、またその理由と性能を一覧形式でまとめました。

錆びにくい金属を一概にランキング形式で順位付けするのは難しいところで、というのも大気中や淡水中で錆びないものであっても、塩水・海水などの塩化物があるところでは錆びてしまうものや、同様に高温環境や酸の種類によっても錆や腐食が発生しやすくなる金属もあります。

あらゆる環境条件・化学物質に対しても強い金属となると、今度は強度や硬度といった物理的性質が弱い等制限があったりと一長一短あるのが実情です。

錆びにくさ=耐食性は環境に左右される

また、錆びにくさ、錆に強いことを腐食に対する耐性を持つということを「耐食性をもつ」と言います。

この耐食性にも一般に「錆に強い」イメージにあるような大気中に雨ざらしに放置しておいてどれくらい持つかの指標となる「耐候性」だけでなく、酸化性の環境でどれくらい腐食しないかを見る耐酸化性、同様にアルカリ性については耐アルカリ性、海水のなかでの腐食のしにくさを見る耐海水性、高温環境での腐食を見る耐高温腐食性、固有の腐食である耐応力腐食割れ性、耐孔食性など、一口に「耐食性」といってもオールマイティな性能を発揮できる金属を探すのは困難です。

金属は合金の形で錆に強いものが開発されてきた

金属は、その強度、硬さや加工のしやすさからあらゆる産業で使われる有用な材料のひとつといえますが、その弱点のひとつともいえるのが「錆」と「腐食」です。

錆が発生してボロボロになってしまえば、金属の強度は保てず、構造材料や部品材料、機械材料としては役に立たなくなってしまいます。金属材料の多くは、鉄鋼、アルミ、銅といった金属ですが、いずれも錆びてしまえば、破壊につながります。

材料の強度や硬度などの物理的性質を高めるために様々な材料が開発されてきた歴史の中では、「錆に強い金属」の研究・開発もされてきています。

身近なものでその最たるものがステンレス鋼やチタン合金、ニッケル合金といったものですが、錆と無縁ともいわれる貴金属の世界でも、変色を防ぐための材料改良が進められているものもあります。いずれも、もとになる金属に、合金元素が添加されることで耐食性を高める工夫が施されてきています。

また、錆に強い金属の開発のほか、錆を防ぐ「防食」との考え方から、より錆に強い金属でコーティングしたり、メッキしたりといった技法も発達してきています。

錆びにくい金属、錆に強い金属の種類

錆にくい金属、錆に強い金属というのは大きく3つのカテゴリーに分けることができます。

  • 1.金属そのものが腐食しない、もしくは腐食しにくいため錆に強い金属
  • 2.不動態皮膜と呼ばれる膜が表面に作られるため、腐食しにくくなる金属
  • 3.錆(腐食生成物)が表面に作られ、この錆が防波堤となって金属本体の保護膜として機能する金属

1.金属そのものが腐食しない、もしくは腐食しにくいため錆に強い金属

金属そのものが腐食しない金属、腐食しにくい金属カテゴリーの代表格は、貴金属です。

錆にくい金属とは何か、を考える場合、錆がどのようなメカニズムで発生するかを見る必要があります。錆は腐食の結果できる生成物のことですが、この腐食にも複数種類あるものの、一般には金属が金属イオンとなって溶け出すことで進んでいく性質を持ちます。この溶けやすさをイオン化傾向といい、このイオン化傾向が小さいものほど、金属単体では腐食しにくいもの、ということが言えます。

腐食の多くは、「電位差」によって発生する電気化学反応です。金属の表面にアノード反応が起こることで、金属イオンが溶け出して進行していきますので、そもそもこの金属イオンが溶け出す「水分」に触れないようにするか、金属イオンがもともと溶けにくい金属にすれば、腐食自体が発生しません(高温環境や特定のガスなどと反応して起きる腐食もあります)。

イオン化傾向から見る錆にくさのランキング

標準電極電位の値が大きいものほど、イオン化しにくい元素ということになりますので、金属としては腐食しにくいものということができます。ステンレス鋼は以下で説明する不動態皮膜によって錆にくくなる金属の代表格ですが、イオン化傾向で見ると、種類にもよりますが、代表的なステンレス鋼であるSUS304であっても銅とほぼ同等の電位を持つ金属といわれます。この観点からみると、ほぼ貴金属と同じレベルといえます。一般には、銀よりも高い電位を持つ金属が貴金属と分類されており、水銀よりも低い金属が卑金属となっています。

ただ、ステンレスであっても例えば海水中で部分的に腐食がおきると(ステンレスの弱点は塩化物であるため、海水中で使うには耐海水性を持つ特殊なステンレスが必要です)その部分の電位は下がってしまうので、注意を要します。電位が下がると、よりイオン化して溶け出しやすくなります。

なお、下表ではE°は25℃、pH=0の水溶液中の値となります。

金属の錆にくさのランキング
金属名 元素記号 標準電極電位(E°)単位V
Au 1.52
白金 Pt 1.188
イリジウム Ir 1.156
ロジウム Rh 0.90
パラジウム Pd 0.915
Ag 0.799
水銀 Hg 0.7960
ステンレス鋼 Fe, Cr, Ni等 銅と同等と考えられています
Cu 0.340
ビスマス Bi 0.317
アンチモン Sb 0.150
Pb -0.126
スズ Sn -0.1375
ニッケル Ni -0.257
コバルト Co -0.277
カドミウム Cd -0.402
Fe -0.44
クロム Cr -0.74
亜鉛 Zn -0.7626
タンタル Ta -0.81
マンガン Mn -1.18
ジルコニウム Zr -1.534
チタン Ti -1.63
アルミニウム Al -1.676
ベリリウム Be -1.85
トリウム Th -1.90
マグネシウム Mg -2.356
セシウム Cs -2.923
リチウム Li -3.045
 

貴金属に代表される、金、白金、プラチナなどは錆びないと言われていますが、こうしてランキング別に見ると、「金」「白金」「イリジウム」あたりがもっとも錆びにくい金属であるということになります。また金の酸化物(Au2O3)は吸着反応を示すことと、不安定でもあるため、金は空気中ではほとんど酸化しないとされます。ただ、たとえば以下のような酸に侵された場合、同じ貴金属でも異なる反応を示します。

各種酸に対する貴金属の耐性
薬品名 貴金属の挙動
硫酸 銀は若干溶解する。金、白金、パラジウムは溶けない。
硝酸 銀は溶解する。金、白金、パラジウムは溶けない。
塩酸 金、白金、銀、パラジウムともに腐食、溶解しない
王水(塩酸:硝酸=3:1) 金、白金、パラジウムはいずれも溶解する。銀は溶解しない。

なお、銀もここでは腐食しにくい金属となりますが、ジュエリーや宝飾品として使う場合は、「変色」が問題となります。銀の表面には、黒錆が発生しやすいといわれていますが、これは厳密には錆といえるか微妙なものです。黒錆の実態は、硫化銀の膜であり、硫黄と銀が反応したもので、銀そのものをボロボロに腐食させてしまう類のものではありません。また塩化銀の膜も同様です。こちらも塩素と銀が反応して作られた膜が変色して見えるため、錆と呼ばれることがあります。

しかし、実務上はこのイオン化傾向のランキングどおりに、錆びにくい金属が決まっているわけではなく、むしろ以下の金属が工業材料としては耐食性を持たせるための改良を施されて活躍しています。貴金属では強度や硬度が足りず、コストも見合わないというのがその理由です。もっとも、合金にする過程で、この貴金属を添加しているタイプの金属もあります。

2.不動態皮膜と呼ばれる膜が表面に作られるため、腐食しにくくなる金属

このタイプの金属は、表面に不動態皮膜と呼ばれる極薄の膜が生成され、これによって腐食や錆を防ぐものとなります。金属のなかでもこの性質を持つタイプは、腐食に強い金属として知られます。皮膜は、破壊されるとすぐさま酸素等と反応して自己修復する性質を持ちますが、不動態皮膜の強さ自体は金属によりまちまちです。また、何に対して破壊されやすいかも金属によって違います。

以下の不動態皮膜を形成する代表的な金属のうち、単体で使われることがあるのは、ステンレス鋼、アルミ合金、チタン合金、ニッケル合金が大半であるため、不動態皮膜の強さや比較に関するデータはなかなかありません。

経験上、チタンとステンレス鋼の不動態皮膜はかなり強いものと考えられます。なかでもチタンの不動態皮膜はステンレスよりも安定しており、塩化物にも強いため、海水では無類の強さを発揮します。ニッケル合金については濃硝酸といった厳しい環境で不動態化することが知られており、高温、海水、工業薬品等が使われる箇所で使用され、特殊な性能を発揮します。

ステンレス鋼の錆のメカニズムを見ると分かるとおり、ステンレスの不動態皮膜は塩化物に弱く、通常の鉄鋼のように全面が赤錆で覆われるというようなことは起きない代わりに、孔食といわれる小さな穴状の腐食が不動態皮膜が破れて修復できない状態になっているところから発生していきます。

  • チタン
  • ステンレス鋼
  • ニッケル合金
  • アルミニウム(アルミ合金)
  • クロム
  • ニオブ
  • タンタル
  • ジルコニウム

3.錆(腐食生成物)が表面に作られ、この錆が防波堤となって金属本体の保護膜として機能する金属

錆には、対象となる金属をボロボロに腐食させていくものと、その表面に形成されるとある程度腐食の進行を食い止め、保護膜のように機能するものとがあります。

鉄鋼材料でも見られる「黒錆」や耐候性鋼の「茶錆」もこの一種です。赤錆が進行すると鉄をボロボロにしてしまうのに対し、黒錆は鉄の表面を保護する膜として機能します。

また、銅も錆自体が本体を守る典型的な金属です。酸化銅や緑青はいずれも銅の錆ですが、これが銅を覆っていると、銅自体を保護する作用をします。

亜鉛の白錆も同様の効果を持ち、鉛にしても腐食生成物がそのまま保護皮膜として作用します。

  • 耐候性鋼
  • 亜鉛

腐食に強い金属は比較できるか

データとして錆びにくさを比較可能な金属は、上記で言えばイオン化傾向で見るくらいですが、不動態皮膜により錆びにくい金属や、錆自体が保護膜として機能する金属を総合してみた場合、いったいどの金属が錆や腐食には強いのでしょうか。

大気中、淡水中のなかでの耐食性、つまり錆に対する強さですが、これは一定のレベルを超えると差が見えにくくなってきます。

錆に対する強さに差が出てきて、金属ごとに使い分けが必要なのは以下のような環境で使われる金属を選ぶ場合です。

  • 海水
  • 塩化物
  • フッ素、フッ化物
  • 高温環境
  • 高温の酸(塩酸などの非酸化性の酸、硝酸などの酸化性の酸でも金属によって得て不得手が分かれる)
  • 腐食性ガス

金属材料は使用する環境を想定して使い分けられるのがセオリーであるため、どのような状況でも最強の耐食性を持つオールマイティな金属というのはなかなか難しいのですが、あえて比較するならば、以下の金属が錆にくいトップランクのものといえます。

錆に強い金属の一覧
金属名 特徴
実用金属ではもっとも電位が高くイオン化しにくい。酸、アルカリともに強く、王水など限られた薬品にしか溶けない。ただし軟らかい。
白金 金と同様、電位が高い貴金属で錆とはほぼ無縁である。ただ高温環境では腐食する場合があるのと、水酸化アルカリや塩素、アンモニア等に対しては表面が腐食することがある。
イリジウム  重白金族であり、電位は白金より低いが、白金よりも耐食性に優れるとされる。王水にもほとんど溶けないが、高温環境ではハロゲン元素と反応してしまう。
ロジウム  高温環境での酸化性の酸には溶けるが、王水には溶けない。上記同様、高温環境ではハロゲン元素と反応。銀を保護するメッキとしても使われる。
パラジウム 非酸化性の酸である塩酸には溶けないが、硝酸などの酸化性の酸には溶ける。王水にも溶ける。
 大気や水に対しては安定しているが、貴金属の中では硫黄やオゾン、塩素などと反応して黒ずむ性質がある。
チタン合金  一酸化チタンや二酸化チタンの不動態皮膜を形成。白金に匹敵する耐食性。不動態皮膜はステンレス鋼より安定しており、海水中でも孔食などの腐食が生じない。ただし、高温+塩化物では腐食する場合がある。
ステンレス鋼  不動態皮膜を形成。種類が豊富で、耐熱ステンレス鋼、ニオブやモリブデンを添加した耐海水ステンレス鋼など使用環境に応じて様々なタイプのものを使い分けることができる。
ニッケル合金 通常であれば腐食が発生しやすい海水や高温環境など、特殊な環境下での耐食性に強い。ニッケルは単体金属ではあまり使われず、合金の添加元素によく使われる。高温下での使用、酸性やアルカリ性などの化学薬品等が触れる箇所等で他の金属にはない耐食性を持つ。こうした分野では他の金属、合金の追随を許さない性能を持つが、コストが高い。ニッケルは高温でも酸化されにくく、濃硝酸では不動態化する。添加元素としてステンレスにも加えられるが、ニッケルは腐食を遅らせる働きをする。大気中や淡水中ではNiO薄膜を形成する。
クロム 不動態皮膜を形成する。高温ガス等に対して耐食性を持つ。単体で使われることは稀で、ステンレスへの添加合金のひとつ。
ジルコニウム 不動態皮膜を形成。酸性、アルカリ性にも強い。単体の金属としてはほとんど使われず、合金への添加元素として使われる。スズ等を添加したジルコニウム合金であるジルカイロは高温での耐食性に優れる。中性子を吸収しにくい性質があり、一般にはあまり使われる素材ではないが、原子炉で使われる。
ニオブ 不動態皮膜を形成。ニオブが単体で使われることはほとんどなく、合金に添加元素として利用される。ステンレスへの添加元素でもあり、ニオブを加えることで耐海水性が向上する。耐熱性や強度の向上も望める。
アルミニウム合金 不動態皮膜を形成。ステンレスほどではないが大気中や淡水中では耐食性に強く、材料も軽い。電位が低いため、ステンレスや貴金属、銅などと水のある環境で接触すると腐食してしまう。この為、銅イオンや鉄イオンに弱い。水配管に使われていない理由である。硝酸などの酸化性の酸には強いが、弱いアルカリ性環境や非酸化性の酸に対しては腐食する。アルマイト処理によって表面に強力な酸化アルミニウムの膜を形成して利用することで耐食性はさらにあがる。

金属の強度や硬度とともに、耐食性についても様々な種類のものが開発されてきており、今後も高機能材料の探求は続いていくことと思われますが、使用箇所とコストとの兼ね合いで材料は選ばれるため、高価で高機能なものだけでなく、より廉価でバランスに優れた材料についても引き続き需要はあるものと思われます。

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