2018 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ・サブミクロン電気化学計測法の確立と先進型ナノ複相耐食鋼の開発
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18J20518
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
門脇 万里子 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 腐食 / 電気化学計測 / 鉄鋼材料 / 金属組織 / 元素偏析 / 熱処理 / 固溶炭素 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小面積の電気化学計測を行う手法としてナノ・サブミクロン電気化学計測技術を開発し、その技術を用いて腐食メカニズムを解明することで、耐食性に優れるナノ複相耐食鋼を開発することを目的とする。開発した技術を用いて、個々の微細組織ごとに電気化学計測を行うことで、金属組織が耐食性に与える影響を明らかにする。
当該年度は、 (1) 微小な領域に対する電気化学計測技術の開発および、(2)鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明の二つの観点から研究を行った。
微小な領域に対する電気化学計測技術の開発に関しては、共焦点レーザー顕微鏡を用いることで、鉄鋼材料の金属組織が腐食挙動におよぼす影響をナノメートルスケールでその場観察することに成功した。この開発した手法は、従来用いられてきた電気化学測定手法に比較して、格段に優れた画像分解能で腐食挙動をその場観察することが可能である。この手法は、腐食研究以外の分野においても応用可能であり、電気化学測定手法の向上に大きく貢献すると考えられる。
鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明に関しては、鉄鋼材料中のリンの元素偏析が局部腐食の起点となることを明らかにした。さらに、金属組織学的観点から考え、リン偏析を低減するためにオーステナイト・フェライトの二相域にて熱処理を行うことが耐食性の向上に効果的であるということを見出した。また、固溶炭素が耐食性におよぼす影響を、電気化学計測と計算機科学を用いて調査した。その結果、固溶炭素は、鉄の電子状態を安定化することで活性溶解を抑制し、耐食性を向上させるという知見が得られた。
本年度の研究により得られた成果に関して、2本の原著論文が論文誌(査読有り)に掲載済みである。さらに、国内学会にて4件、国際学会にて1件、国際シンポジウムにて1件の口頭発表を行った。
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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
現在までに、 (1) 微小な領域に対する電気化学計測技術の開発および、(2)鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明の二つの観点から研究を行った。当初は、今年度の研究計画として、材料中の微小な領域に対して電気化学計測を行うために、その場観察機能付きナノ・サブミクロン電気化学計測技術（ナノサイズの腐食進展挙動を解析するための電気化学計測技術）の開発を行うことを予定していたが、その点に関しては非常に計画通りに進展したと考えられる。具体的には、従来のその場観察系に共焦点レーザー顕微鏡を導入することで、鉄鋼材料の金属組織が腐食挙動におよぼす影響をナノメートルスケールでその場観察することに成功した。この開発した手法は、従来用いられてきた電気化学測定手法に比較して、格段に優れた画像分解能で腐食挙動をその場観察することが可能である。
さらに、当初の計画にあった電気化学測定手法の開発だけでなく、現在までに、鉄鋼材料中の合金元素偏析と固溶元素が材料の耐食性におよぼす影響の解明にも着手した。具体的には、鉄鋼材料中のリンの元素偏析が局部腐食の起点となることを明らかにした。さらに、金属組織学的観点から考え、リン偏析を低減するためにオーステナイト・フェライトの二相域にて熱処理を行うことが耐食性の向上に効果的であるということを見出した。また、固溶炭素が耐食性におよぼす影響を、電気化学計測と計算機科学を用いて調査した。その結果、固溶炭素は、鉄の電子状態を安定化することで活性溶解を抑制し、耐食性を向上させるという知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに共焦点レーザー顕微鏡をその場観察系へ導入することで、その場観察の精度を高めた電気化学計測技術の開発を行った。今後は、微小な電極面の作製方法の確立に着手することを予定している。現在用いられている電極面積は、最小のものでも100マイクロメートル四方である。しかし、鉄鋼材料の金属組織はそれよりも微細なものが多く、個々の金属組織に対して電気化学計測を行うためには、微小面積の電極面を作製する必要がある。
さらに、開発した電気化学計測技術を用いて、材料の金属組織が耐食性におよぼす影響および孔食発生メカニズムを調査することを計画している。現在までの研究により、固溶炭素が耐食性を高めることが解明された。今後は、炭素以外の固溶元素が耐食性にどのように影響をおよぼすのかを調査することで、高耐食鋼を開発することを目指す。この研究は、電気化学計測と計算機科学（第一原理計算）を用いることで、実験・シミュレーションの両視点から行う。
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