2016 Fiscal Year Research-status Report
耐熱材料の水蒸気酸化研究への水素・酸素センサ適用の有効性検証と応用
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15K06453
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| Research Institution | Akita University |
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Principal Investigator |
福本 倫久 秋田大学, 理工学研究科, 准教授 (20343064)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金児 紘征 秋田大学, 名誉教授, 名誉教授 (20006688)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 水素センサー / 酸素センサー / 酸素ポンプ・センサー / 水蒸気酸化 / Fe-Cr合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ar-H2OおよびAr-O2-H2O雰囲気中でFe，Fe-15mass%Cr(Fe-15Cr)およびFe-30mass%Cr(Fe-30Cr)の酸化挙動を，後段に設置した酸素センサーと水素センサーで調べ，水蒸気酸化に及ぼす酸素濃度の影響について検討した．その結果，酸素センサーで求めた酸素分圧変化から酸化に寄与した酸素消費量を算出できた．また，水素センサーで求めた水素分圧変化から水蒸気の解離で発生する水素発生量を算出でき，あわせて酸素消費量を算出できた．
Ar-H2OおよびAr-500ppmO2-H2O中では15Crがもっとも酸化速度が大きくなった．一方，Ar-1%O2-H2Oでは，純Feが最も酸化速度が大きくなった．断面組織を観察するとAr-H2OとAr-500ppmO2-H2O中において，15Crでは，内層／外層界面に水蒸気酸化で特徴的なボイドが観察された．一方，Ar-1%O2-H2Oでは，鉄酸化物とFe,Cr複酸化物の界面にボイドは観察されなかった．
次にAr-H2O雰囲気中における等温および熱サイクル下でのFeおよびFe-Cr合金の水蒸気酸化挙動を後段に設置した水素センサーによる水素分圧と酸素ポンプ・センサーによる水素の酸化電流の測定により調べた．始めに，Ar-1000ppmH2ガスを用いて酸素ポンプ・センサーの性能を評価した結果，ガス中の水素濃度を水素の酸化電流として正確に測定できることがわかった． 1173Kで等温酸化実験を行った結果，Fe-20Cr合金が最も酸化増量が大きく，Fe-30Cr合金が最も酸化増量が小さかった．水素センサーおよび酸素ポンプ・センサーで測定された酸化速度は，ともに同様の挙動を示した．水素センサーおよび酸素ポンプ・センサー法を用いるとその場で酸化速度が測定されることから，これらの方法は水蒸気酸化挙動の検討に有効であることが明らかとなった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定の水素センサーと酸素センサーを用いて酸化挙動を調査することに成功した．そこで，水素センサーとは他に酸素ポンプセンサーを用いることによって水素の検出を試みた．その結果，酸素ポンプセンサーを用いることで水素の検出が可能になった．そこで，Fe-Cr合金の水蒸気酸化挙動を水素センサーと酸素ポンプセンサーを用いて調査し，両センサーの挙動を比較した．その結果，同様の挙動を示すことがわかった．
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)Ar-O2-H2O雰囲気中での酸化挙動の調査
これまでの研究において酸素ポンプセンサーでも水素の検出が可能なので，さらに装置を改良し，酸素を含む系において水蒸気酸化挙動を調査する．
(2)Ar-O2-H2雰囲気中でのサイクル酸化挙動の調査
サイクル酸化環境でも酸化速度を詳細に検討することが，本方法では可能なので，Fe-Cr合金のサイクル酸化における水蒸気酸化挙動を本方法で調査する．
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| Causes of Carryover |
自作の装置を使用したため，低予算で装置の作製が可能となった。さらに，本年度は試料分析に費用がかからなかったため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度，さらに装置を改良するため，装置の作製に使用する予定．
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