2019 Fiscal Year Research-status Report
医療用ジルコニウムの腐食メカニズム解明と飛躍的な耐食性向上を実現する処理法の開発
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17K06835
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
堤 祐介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主席研究員 (60447498)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体材料 / 表面・界面物性 / ジルコニウム / 腐食 / 防食 / 耐食性 / 表面処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)表面分析による欠陥因子の把握と試料の作製
昨年度まではジルコニウム表面に露出した不純物からなる介在物が、ジルコニウムの局所的な腐食を引き起こし、耐食性を決定づける要因になることを明らかにしていたことから、ジルコニウムにさまざまな不純物元素を添加した高不純物型のジルコニウムインゴットを作製し、耐食性との相関を評価した。この結果、①鉄、スズ、ハフニウムがいずれも含まれている場合、②酸素と炭素がともに0.5%含まれている場合、および③ケイ素が含まれている場合において、それぞれ異なる機序にて特異的に腐食が誘発され、耐食性が低下することを明らかにした。
(2)ジルコニウムおよびステンレス鋼の耐食性を改善する電気化学的表面処理法の開発
上記の局所的な腐食を誘発する欠陥因子が存在しなければ、ジルコニウムは本来の耐食性を発揮することができる。そこで、これらの介在物のみを選択的に除去することで、ジルコニウムの耐食性を大幅に改善するための表面処理法開発に取り組んだ。定電流アノード分極によりごく微量の制御可能な腐食を誘発後、定電圧カソード分極によりただちに腐食を停止させるアノード／カソード複合サイクルを、特定の溶液中で実施することで、実際にジルコニウム表面に多数露出していた腐食を誘発性の介在物が除去されていることを確認し、生理食塩水中での孔食電位が約1V上昇し、大幅に耐食性が改善されることを実証した。本研究により開発したこの技術について、特許申請を行った。
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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
今年度は、昨年度までの成果をさらに拡張し、ケイ素によるジルコニウムの耐食性への影響を新たに明らかにした。また、これらの腐食機構解明の結果を基に、ジルコニウムの耐食性を改善するための表面処理法の開発を、平成30年度より前倒しで取り組んだ結果、独自の電気化学的な手法において、ジルコニウム表面の介在物が効果的かつ選択的に除去され、耐食性が大幅に向上する条件を見出し、特許申請に至った。以上から、本研究課題の進捗は、当初の計画通り、順調に進展したと評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究代表者は平成31年4月に東京医科歯科大学から物質・材料研究機構に移動となったため、当初、平成31(令和元)年度までとしていた研究期間を、1年間延長した。令和2年度では、ジルコニウムの耐食性機構解明、および耐食性改善のための電気化学的表面処理法開発については、その成果を取りまとめ、学術誌への論文投稿を行う。また、開発された表面処理法は、純ジルコニウムに限らず、ジルコニウム合金や、類似する腐食挙動を示す他の金属材料にも適用可能であることが期待されるため、これを検証するための実験についても実施予定としている。
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| Causes of Carryover |
研究代表者は平成31年4月に東京医科歯科大学より物質・材料研究機構に移動となった。このため、一部実験を実施するための消耗品の執行が先送りとなった。また、今年度は実験の遂行を重要視し、成果の発信、特に、国際学会での講演を控えたため、このための旅費および学会参加登録費が未執行となった。次年度は上記国際学会のための費用、および研究課題の最終年度にあたることから、複数の論文誌への論文投稿およびこれに関連する費用として支出予定である。
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Research Products
(8 results)
