Studies on corrosion and stress corrosion cracking of Mg alloys designed by heterogeneous microstructure control
| Project/Area Number |
21H01673
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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 | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
山崎 倫昭 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (50343885)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
眞山 剛 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 准教授 (40333629)
井上 晋一 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 助教 (30792585)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | マグネシウム合金 / 腐食防食 / 組織制御 / 応力腐食割れ |
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| Outline of Research at the Start |
不均一組織制御することで強度と延性を兼ね備えるMg合金展伸材の腐食および応力腐食割れ（SCC）挙動の本質的解明を目指すとともに、耐SCC合金設計指針を確立する。商用Mg合金として重要なMg-Al系合金およびMg-Ca系合金、そして新規開発合金である長周期積層（LPSO）構造型Mg-Zn-希土類（RE）合金の腐食挙動の解明と更なる高耐食化を念頭に置き、主要添加元素との固溶体型単相合金を対象とした腐食挙動調査を行なう。更にα-Mg母相がアノードサイトとなる二相合金を研究対象に加え、Mg合金の静的腐食挙動を電気化学的不均一性といった観点と幾何学的不均一性の観点から腐食およびSCC挙動を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，不均一組織制御を施した高強度Mg合金展伸材の腐食および応力腐食割れ（SCC）挙動の本質的解明を目指すとともに、耐SCC合金設計指針を確立することを目的とする。目的達成のために、まずはMg-Al、Mg-Zn、Mg-REといったMgにおける主要添加元素との固溶体型合金を対象とした研究を基礎としつつ、α-Mg母相がアノードサイトとなる二相合金等を研究対象として、Mg合金の静的腐食挙動を電気化学的不均一性の観点から系統的に解明する。その後、研究対象を二相合金の展伸材へ拡大し、塑性加工によって導入される幾何学的不均一性が腐食およびSCC挙動に及ぼす影響を解明する。最終的には、合金成分および化合物相形成に由来する腐食の抑制に寄与する電気化学的パラメータおよびSCC抑制に寄与する幾何学的パラメータを明らかにし、マルチモーダル微細組織制御による耐SCC合金設計指針を得る。
2021年度は、LPSO相を有するMg-2 at%Y-1 at%Zn合金押出材とMg-Al二元系鋳造合金（Mg-3 wt%Al、Mg-9 wt%Al、Mg-15 wt%Alの三組成）を対象として研究を実施し、それらの腐食挙動を調査した。手法としては、従来の電気化学的測定に加え、アコースティックエミッション測定を行うことで、特にアノード分極中の腐食挙動における物理的事象の発生を捉えることに注力した。
結果として、（１）電気化学的観点からは、α/LPSO二相型合金よりもα/β二相型合金の方がより強固な不働態皮膜を形成することを明らかにした。また、Mg-Al二元系合金においてはAl濃度が高くなるほどより強固な不働態皮膜を形成することも明らかとなった。（２）AE法を用いた物理的観点からは、Mg-Al二元合金の腐食挙動において水素発生、不働態皮膜の大きな破壊、孔食の進展に対応していると考えられる弾性波の放出が認められた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1) アコースティックエミッション法による腐食挙動調査手法の立ち上げが順調に進んでいる。特にAdaptive Sequential k-means（ASK）法を適用することで、あらかじめクラスタ数（物理的事象の数）を決めることなく、機械学習的なクラスタの特徴づけが可能となった。
(2) 不均一組織を有するMg-Zn-Y合金押出材の幾何学的不均一性が腐食挙動に及ぼす影響を明らかにし、その結果をCorrosion Science誌（https://doi.org/10.1016/j.corsci.2022.110237）へ投稿し、掲載に至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、昨年度に立ち上げたアコースティックエミッション法による腐食挙動調査手法を全面的に展開し、Mg-Al系およびMg-Zn-RE系の単相固溶体および二相モデル合金を対象として、NaCl水溶液を基本とした各種塩水溶液環境での腐食挙動を下記２つの項目をおいて調査していく。
実施項目 1）単相固溶体合金および二相合金の腐食挙動調査：各種塩水浸漬時の金属イオン溶出速度の経時変化を明らかにするとともに、皮膜の形成と破壊について電気化学測定とAE測定を組み合わせて調査する。
実施項目 2）単相固溶体合金および二相合金の展伸材の腐食・SCC挙動調査：低歪み速度引張（SSRT）試験中の試料内部における亀裂発生を感知するためにAE測定法および直流通電電圧測定（DCPD）法を同時実施するその場測定技術を開発し、亀裂発生およびその進展挙動を明らかにする。
上述の研究実施計画のもと、第2年度となる本年度は、展伸材の静的・動的腐食挙動について調査することで、合金成分および化合物相形成に由来する腐食の抑制に寄与する電気化学的パラメータおよびSCC抑制に寄与する幾何学的パラメータを明確にし、マルチモーダル微細組織制御による耐SCC合金設計の際の予備的な指針を得たい。
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Report
(1 results)
Research Products
(34 results)
