Formation of corrosion resistant surface on metals by means of metal cation assisted restoration of passive films
| Project/Area Number |
21H01660
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
坂入 正敏 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50280847)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 恭平 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (20828280)
五十嵐 誉廣 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 原子力基礎工学研究センター, 研究職 (70414555)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
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| Keywords | 金属カチオン / 耐食性表面 / 電気めっき / 腐食 / 第一原理計算 / 電気化学 / 計算科学 / 表面分析 / 不働態皮膜 |
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| Outline of Research at the Start |
塩化物イオン濃度やｐHが同じでも溶液や環境中に微量の亜鉛イオンやアルミニウムイオンのような金属カチオンが存在することで金属材料の耐食性が大きく変化すること，このような金属カチオンは腐食抑制剤の能力を飛躍的に向上することを見いだしている。この機序を用いる省資源の耐食性材料の開発を目指している。そのためには，金属カチオンによる耐食性向上のメカニズムを解明する必要がある。本研究では，金属カチオンによる不働態皮膜の耐食性向上メカニズムを電気化学，表面分析や計算科学（第一原理計算）により解明すること，その機序を利用する鉄鋼材料の新規耐食性表面創製法を開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は昨年度までの成果にもとずき，以下の3点について研究を進めた。
電気めっきと低温短時間（400℃，30分）の熱処理とを組みあわせることで，鋼上に厚さを変えて亜鉛と母材との合金層の形成に成功した。その長時間の耐食性を電気化学測定と浸漬試験により評価した結果，電気めっきままより合金化することで耐食性がより長時間維持できることを明らかにした。電気化学インピーダンスと表面分析結果から，合金層による耐食性の向上機序は，金属カチオンを溶液中に添加した際と同じであることが示唆された。溶液中への亜鉛イオン供給量の定量化を溶液分析により試みたが，連続的な測定には至らなかった。
環境に優しい腐食抑制法の溶液側からのとして，乳酸アルミニウムと安息香酸Naを異なる濃度で添加した溶液を検討した。長時間の腐食試験によって0.5mMずつ乳酸アルミニウムと安息香酸Naを添加した場合に最も腐食減量が小さい結果を得た。特に腐食抑制剤の総添加濃度が同一でも，安息香酸Naだけを添加した場合より複合添加した場合のほうが性能は向上することを明らかとした。XPS分析から炭素鋼の表面にはアルミニウムおよび安息香酸が結合し，被膜を形成することを明らかにした。複合添加によって生物毒性の低い腐食抑制剤を低い濃度で添加し，欠陥の少ない保護被膜を形成することによって炭素鋼の腐食を効果的に抑制する方法に繋がる結果を得た。
溶液近似第一原理計算手法の一つであるESM-RISM法を用いて、金属材料表面（酸化物として）とアニオン・金属カチオンとの間の結合挙動の取得を試みた。亜鉛酸化物の110面については，UFF近似でエネルギー収束を得ることがわかった。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
