含浸カーボングラファイトの耐食性試験および選定ガイド

含浸処理はカーボングラファイトの密度と耐食性を向上させる重要な工程です。金属、樹脂、その他の材料をカーボングラファイトの孔隙に含浸させることで、特定媒体における化学的安定性が大幅に改善されます。霍邱县华豪密封件有限公司（Huahao Sealing）の中核技術として、含浸グラファイト製品は化学、冶金、医薬、海水淡水化などの強腐食環境で広く使用されています。本稿では、各種含浸グラファイト材料の耐食データ、標準試験法、運転条件に基づく選定指針を体系的に紹介します。

1. 含浸グラファイトの分類

1.1 金属含浸

• アンチモン含浸：800～900℃で処理、空隙率2％以下、密度2.3～2.5 g/cm³
• 銅含浸：1100～1200℃で処理、密度2.4～2.6 g/cm³
• バビット含浸：300～400℃で処理、密度2.2～2.4 g/cm³
• 銀含浸：960℃で処理、密度2.5～2.7 g/cm³（高コスト）

1.2 樹脂含浸

• フェノール樹脂含浸：耐酸性あり、耐アルカリ性なし、使用温度上限180℃
• フラン樹脂含浸：耐酸・耐アルカリ性あり、使用温度上限200℃
• エポキシ樹脂含浸：耐アルカリ性あり、耐酸性なし、使用温度上限150℃

1.3 特殊含浸

• PTFE含浸：ほぼ全媒体に耐性あり、使用温度上限200℃
• ガラス状炭素含浸：使用温度上限500℃以上、主に高温酸化環境向け

2. 標準耐食試験法

2.1 ASTM C580 標準

米国材料試験協会による不浸透性グラファイト装置の耐食評価標準：

• 試験片：50×50×10 mm、精密研磨面
• 浸漬条件：大気圧、媒体温度50℃、80℃または沸点、30日間
• 評価指標：
• 重量減少率（g/m²・h）
• 圧縮強度保持率（％）
• 寸法変化率（％）
• 評価ランク：
• 優秀：0.1 mm/年未満（重量減少0.05 g/m²・h未満）
• 良好：0.1～1.0 mm/年
• 使用可能：1.0～3.0 mm/年
• 不適合：3.0 mm/年超

2.2 GB/T 13465 標準

中国国家標準の不浸透性グラファイト材料耐食試験：

• ASTMと類似の試験片および浸漬条件
• 衝撃強度保持率の追加評価指標
• 腐食速度（mm/年）による4段階評価

2.3 実地模擬試験

重要用途向けには実地模擬試験を推奨：

• 実際の媒体を使用し、温度、圧力、流量を模擬
• 試験期間は90～180日
• 腐食速度、強度変化、シール性能を監視

3. 典型媒体における腐食データ

3.1 硫酸

| 含浸タイプ | 70% H₂SO₄ (80℃) | 98% H₂SO₄ (50℃) | 98% H₂SO₄ (沸騰) |

|---|---|---|---|

| アンチモン | 0.05-0.10 mm/年 | 0.10-0.20 mm/年 | 0.50-1.00 mm/年 |

| 銅 | 0.10-0.20 mm/年 | 不適合 | 不適合 |

| フェノール樹脂 | 0.05-0.10 mm/年 | 0.10-0.30 mm/年 | 0.30-0.50 mm/年 |

| フラン樹脂 | 0.05-0.10 mm/年 | 0.10-0.20 mm/年 | 0.20-0.50 mm/年 |

| PTFE | <0.02 mm/年 | <0.05 mm/年 | 0.05-0.10 mm/年 |

3.2 塩酸

| 含浸タイプ | 30% HCl (50℃) | 36% HCl (沸騰) |

|---|---|---|

| アンチモン | 0.10-0.30 mm/年 | 0.50-1.00 mm/年 |

| フェノール樹脂 | 0.05-0.10 mm/年 | 0.10-0.30 mm/年 |

| フラン樹脂 | <0.05 mm/年 | 0.05-0.20 mm/年 |

| PTFE | <0.02 mm/年 | <0.05 mm/年 |

3.3 フッ化水素酸

| 含浸タイプ | 20% HF (常温) | 40% HF (常温) |

|---|---|---|

| アンチモン | 不適合 | 不適合 |

| フェノール樹脂 | 0.10-0.30 mm/年 | 不適合 |

| フラン樹脂 | 0.05-0.10 mm/年 | 0.05-0.10 mm/年 |

| PTFE | <0.02 mm/年 | <0.05 mm/年 |

3.4 アルカリ溶液

| 含浸タイプ | 20% NaOH (80℃) | 40% NaOH (沸騰) |

|---|---|---|

| アンチモン | 0.05-0.10 mm/年 | 0.10-0.30 mm/年 |

| 銅 | 0.02-0.05 mm/年 | 0.05-0.10 mm/年 |

| フェノール樹脂 | 不適合 | 不適合 |

| エポキシ樹脂 | 0.05-0.10 mm/年 | 0.10-0.20 mm/年 |

| PTFE | <0.02 mm/年 | <0.05 mm/年 |

4. 選定原則と推奨事項

4.1 決定プロセス

1.媒体の組成、濃度、温度、圧力、流量を特定する

2.各含浸カーボングラファイトタイプの腐食データを参照する

3.年間腐食率が0.1 mm以下（優良グレード）のタイプを選定する

4.使用温度が上限を超えないことを確認する

5.コスト、加工性、入手性のバランスを考慮する

4.2 典型的な用途別選定例

• 濃硫酸、リン酸：アンチモンまたはフラン含浸、最高200℃まで
• 塩酸、フッ化水素酸：フランまたはPTFE含浸、後者を推奨
• アルカリ溶液（NaOH、KOH）：銅またはエポキシ含浸
• 王水、強酸化性混合酸：PTFE含浸のみ
• 中性塩水溶液：アンチモンまたは樹脂含浸
• 高温（200℃超）腐食環境：ガラス状炭素含浸

4.3 コストと性能の比較

• アンチモン：中程度のコスト、汎用性良好、第一推奨
• 樹脂含浸：低コスト、適用範囲は中程度
• PTFE：高コスト、最高の耐腐食性
• 銀：最高コスト、特殊用途のみ
• ガラス状炭素：高コスト、高温酸化環境専用

5. 適用例

5.1 リン酸濃縮

条件：75%リン酸、150℃、固形分5%

選定：アンチモン含浸シールリング、3年後の摩耗量0.2 mm、依然使用可能

5.2 イオン交換膜苛性ソーダ

条件：32% NaOH、90℃、大気圧

選定：銅含浸シールリング、5年経過後も著しい腐食なし

5.3 フッ化水素酸反応器

条件：40% HF、60℃

選定：PTFE含浸シールリング、2年後の腐食率0.05 mm/年未満

5.4 多段式海水淡水化

条件：海水3倍濃縮、110℃、塩分12%

選定：フラン樹脂含浸、4年経過後も著しい腐食なし

6. 注意事項

6.1 含浸品質検査

含浸カーボングラファイト製品を購入する際は、以下を検査してください。

• かさ密度：規格要求を満たしていること（例：アンチモン含浸品は≥2.3 g/cm³）
• 多孔率：2%未満（不浸透性グラファイト）
• 圧縮強度：≥150 MPa
• 水圧試験：使用圧力の1.5倍で30分間漏れなし

6.2 条件変化の影響

媒体の濃度や温度が設計値を超える場合、腐食速度が数倍に増加することがあります。条件が変わった際は適用性を再評価し、必要に応じて含浸タイプを交換してください。

6.3 定期検査および交換

重要設備の場合：

• 四半期ごとにシールリングの厚さを検査
• 累積腐食が元の厚さの20%に達したら交換
• 年1回、媒体の組成分析を実施し変化がないことを確認

結論

含浸カーボングラファイトの耐食性の適切な選定は、設備の運転安全性と寿命に直接影響します。科学的な試験方法とデータ比較により、技術者は正しい選定判断を下せます。Huahao Sealing Co., Ltd.は、金属含浸、樹脂含浸、PTFE含浸を含む幅広い含浸カーボングラファイト製品を提供しており、特定の運転条件に基づくカスタマイズされた選定提案も行っています。詳細な技術相談は当社の技術チームまでお問い合わせください。