2018 Fiscal Year Research-status Report
Formation of composite films by electrochemical methods and its evaluation
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18K04764
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| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
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Principal Investigator |
佐伯 功 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (50235090)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 泳動電着 / 電気めっき / 機能材料膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は電気化学的な手法である泳動電着と電気めっきによって複合材料「膜」を簡便に作成するプロセスを構築し，生成物の特性を従来のバルク体と比較することを目的として実施している。同時に，泳動電着についてはそのメカニズムに不明な点が多く，その科学的な解明を目指している。２０１８年度は具体的にあげた３つの研究項目のうち（１）を主として進め概ね課題を完了した。また，（２）および（３）については当初より２０１９年度以後の課題としていたが，一部先行して検討を開始し結果を得ている。
（１）泳動電着メカニズムおよび泳動電着膜の多孔性を決定する因子の解明：泳動電着に影響を与える因子を，電圧，時間，粉体濃度，ヨウ素濃度，水濃度，撹拌速度，温度の７つと仮定し，それぞれの影響を多変量解析によって判定した。その結果，電着速度は電圧の1乗，時間の1/2乗，粉体濃度の1/3乗に比例することを明らかにした。これは泳動電着が主に電圧だけでコントロールできることを示しており，実際の生産には有利である。また，ヨウ素濃度，水濃度，撹拌速度はゼロでは泳動電着できないが，最小量以上あれば十分であること，温度の影響はあまり見られなかった。これらの多変量解析結果に基づいて電着メカニズムを推定した。
（２）新規な泳動電着プロセスの開発：有機溶剤ケトン類は可燃性で健康に対する有害性の懸念があるため，水溶液からの泳動電着を検討した。ケトン浴に過剰な水を加えていったところ，水濃度が増加しても電着は可能であった。しかし，水濃度が増加すると粉体の凝集が起こり，平滑な電着物が得にくくなった。この解決のためには凝集を阻止する添加剤等の検討が必要であることが示唆された。
（３）泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成：超硬質複合材料膜の作成を目指し，炭化タングステン(WC)および炭化珪素(SiC)の成膜を試み，電着可能なことを確認した。
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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
前述のとおり，本研究は３つの課題を期間内に完了しようとしている。それぞれの自己評価は以下のとおりである。
（１）泳動電着メカニズムおよび泳動電着膜の多孔性を決定する因子の解明：泳動電着に対する主たる因子を明らかにできた。これは２０１８年度の目標をほぼ完了したことを意味している。また，電着メカニズムを仮定できたので，次年度以後これを確定できるよう検討を続ける必要がある。
（２）次のステップとして水中での粉体の凝集防止について検討するべきという方針が明らかになった。
（３）泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成：まずは硬質膜の作成を試みたがまだ不十分なので，次年度以後検討を継続する必要がある。
まとめると，２０１８年度に進める予定であった（１）については完了の一歩手前。（２）（３）については予定よりも進捗したので，総合評価としては（２）概ね順調に進展している，と自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本欄も（１）-（３）のそれぞれについての方策を示す。
（１）泳動電着メカニズムおよび泳動電着膜の多孔性を決定する因子の解明：かなりの数の実験を行い，７因子の多変量解析を行い，各因子の冪数を推定できたが，まだデータのばらつきは大きく，性格な冪数の決定のためにはさらに多数回の実験が必要である。もはや人力だけで検討回数を増やすことは困難と言えるため，今後は電着実験のロボット化を行い，より多くのデータを収集できる環境を整え，仮定したメカニズムの確定に向け研究を推進する。
（２）新規な泳動電着プロセスの開発：凝集を阻止するために加える添加剤として界面活性剤が考えられるが，界面活性剤はまた粒子の表面電荷に影響し，泳動電着に影響する。また，不要な炭素を膜に取り入れる懸念がある。２０１９年度は界面活性剤の種類と性質について広く文献調査を行い，候補として考えられるいくつかを加えた泳動電着実験を行う。
（３）泳動電着と電気めっきを組み合わせた機能性膜の作成：２０１９年度は超硬質複合材料膜の作成に関しては，炭化タングステン(WC)および炭化珪素(SiC)の成膜を試み，電着膜の空隙に硬質のニッケル，軟質の亜鉛や銅を電析して複合膜を作成し，材料の摩擦摩耗特性を測定することにより，硬質材料と電析金属の最適化をはかる。他の応用研究については調査を進め２０２０年度に集中して検討を進める。
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| Causes of Carryover |
当初購入を予定していたインピーダンスアナライザ（備品）が検討の結果安価な同等品の購入で十分であったこと，研究内容の順序入れ替えにより２０１８年度の検討に予定していた物品費を支出せず２０１９年度以後に支出するように変更したため次年度使用額が生じた。２０１９年度以後，効率的かつ無駄のないように予算執行していく。
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