2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K18269
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
千葉 亜耶 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 研究員 (70762954)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 炭素鋼 / 耐食性 / 固溶窒素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
使用環境側にアプローチし、炭素鋼表面に不働態皮膜を形成させることで、炭素鋼の耐食性を向上させる研究に取り組んでいる。炭素鋼はアルカリ性環境中で不働態皮膜を形成し腐食を抑制（不働態化）するため、当初は微生物の代謝を利用して環境をアルカリ化することを考えていた。しかし、その効果が期待していたものよりも小さく、炭素鋼を不働態化させる程ではないと判断されたため、環境をアルカリ化させるものとして固溶窒素に着目した。固溶窒素は水溶液環境中に溶け出した際に、環境をアルカリ化させる可能性がある。固溶窒素を利用して炭素鋼の耐食性向上を図るためには、窒素を過飽和に固溶させる必要がある。
炭素鋼にプラズマ窒化処理（330℃、12h、N2:H2=1:1）を施すことにより、炭素鋼の表層に0.1 mass%程度の窒素を固溶（過飽和固溶）させることができた。通常の炭素鋼と、窒素を固溶させた炭素鋼の耐食性を比較するため、腐食環境中（0.1 M Na2SO4）でアノード分極曲線を測定した。通常の炭素鋼はpH 11.0以上の環境中では不働態化したが、pH 10.0以下の環境中では活性溶解（腐食）した。一方で、窒素を固溶させた炭素鋼はpH 6.0以上の環境中で不働態化し、窒素を固溶させることで炭素鋼の耐食性が向上することを明らかにした。炭素鋼に0.1 mass%程度の窒素を固溶させることで、pH 6～10の腐食環境中（0.1 M Na2SO4）では、通常の炭素鋼と比較して溶解速度が1000分の1以下に抑制されることを発見した（アノード分極曲線での0.2 V vs. Ag/AgCl (3.33 M KCl)における溶解速度）。
次年度は、固溶窒素により炭素鋼の溶解速度が抑制される（耐食性が向上する）メカニズムを解析する。
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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
炭素鋼の使用環境をアルカリ化させる手段として、微生物ではなく固溶窒素を利用することにしたため、研究計画を変更することとなったが、使用環境側にアプローチし、炭素鋼表面に不働態皮膜を形成させることで、炭素鋼の耐食性を向上させるという当初の研究目的に向かって研究を進めている状況にある。現時点で、0.1 mass%程度の窒素を固溶させることでpH 6.0の環境中（0.1 M Na2SO4）でも不働態化させ、炭素鋼の耐食性を向上させることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画を変更し、次年度は窒素を固溶させることで炭素鋼の耐食性が向上するメカニズムの解析を行うこととする。炭素鋼の耐食性に及ぼす固溶窒素の影響を、環境側と材料側の両面に着目して解析を行う。固溶窒素が環境側へアプローチするか否かは、緩衝液や模擬溶液を作製し、電気化学測定を行うことで解析することを計画している。また、固溶窒素が材料自体の特性を変化させるか否かは、仕事関数の測定を行い解析することを計画している。
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| Causes of Carryover |
今年度内発注の論文別刷りの納品が遅れており、次年度の納品および請求となったため。
炭素鋼の使用環境をアルカリ化させる手段として、微生物ではなく固溶窒素を利用することにし、研究計画を変更することとなったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
論文別刷り代として使用する。
それ以外の前年度未使用分は翌年度分と合わせて、炭素鋼の耐食性に及ぼす固溶窒素の影響を環境側と材料側の両面に着目して解析を行うために使用することを計画している。例えば、金属試料、試験片加工、無機試薬、ガラス器具の購入等に使用する。また、学会発表のための旅費などとして使用することを計画している。
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Research Products
(3 results)
