Study of atmospheric corrosion of steel by hydrogen mapping and surface water analysis

Research Project

Project/Area Number	23K23094
Project/Area Number (Other)	22H01826 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	宮本浩一郎東北大学, 工学研究科, 准教授 (70447142)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伏見公志北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20271645) 吉信達夫東北大学, 医工学研究科, 教授 (30243265)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000) Fiscal Year 2025: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2024: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000) Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000) Fiscal Year 2022: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
Keywords	大気腐食 / 水素侵入 / 大気下光電子収量法 / 化学イメージセンサ / 大気下光電子分光
Outline of Research at the Start	我々の生活を支える鉄鋼製品は、表面水薄膜の成長と飛散物の付着により大気腐食の危険にさらされる。大気腐食により鋼材中に水素が侵入すると、水素脆化により材料強度が急速に低下する。そこで本研究は、鋼材表面の水膜および鋼中の水素侵入を空間分解的に測定することを目的とする。具体的にはpH分布測定、大気下光電子収量法など複数の測定法を組み合わせた新しいアプローチを構築する。
Outline of Annual Research Achievements	我々の生活を支える鉄鋼製品は、大気暴露によって表面水薄膜が成長し、飛散物が付着することで大気腐食の危険にさらされる。大気腐食により鋼材中に水素が侵入すると、水素脆化により材料強度が急速に低下する。本研究は、鋼材に侵入する水素の振る舞い、および鋼材表面の水薄膜のダイナミクスを明らかにすることが目的である。本年度の成果は以下の通りである。（１）化学イメージセンサによって鉄材に侵入した水素の分布を取得することに成功した。（２）乾湿繰り返し試験機構を構築し、新規に設計した電気化学的検出回路によって鉄材に侵入した水素のその場観察に成功した。（３）大気下光電子分光測定系を構築し、鉄鋼材料素地の仕事関数測定、および表面に付着した塩による変化を検出できることを示した。このように大気腐食と鉄鋼材料への水素侵入を解析するための測定系の整備と原理実証が完了し、材料表面にどのような水膜がどれだけ形成されているか・鋼材のどこにどれだけ水素が侵入したかを多元的に解明する基盤を構築した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 化学イメージセンサを用いた侵入水素の分布可視化や、大気下光電子分光システムの構築など本研究の要となる測定基盤が整備され、次年度に向けて順調な進捗である。申請当初に目標としていた熱容量による水膜測定に着手できていないため、今後の課題とする。
Strategy for Future Research Activity	[1]pHイメージング技術による鋼中侵入水素の可視化：pHイメージング技術によって粒界近傍など組織界面で水素侵入を検出し、水素侵入の組織依存性の解明に取り組む。 [2]大気下光電子分光による水膜と鋼材表面の評価手法の確立：大気下光電子分光測定系を活用し、水溶液中のpH・溶存酸素・腐食生成物・塩濃度など、腐食発生と進展を左右し得る要素が仕事関数や電子放出効率に及ぼす影響を調査する。鋼材表面における水膜の不均一性など、マッピング測定にも取り組む。