2021 Fiscal Year Research-status Report
Research on a technique of restraining fatigue crack growth using wedge effects of corrosion products
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20K04677
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| Research Institution | National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology |
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Principal Investigator |
高橋 一比古 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (30425748)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 疲労き裂 / 鋼構造物 / 補修 / き裂進展抑制 / 腐食生成物 / くさび効果 / 含水ジェル / 湿潤環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
疲労き裂の内部に腐食生成物が生じると、所謂くさび効果によってき裂進展速度が大幅に抑制される場合がある。腐食環境下におけるき裂の進展挙動は、くさび効果による抑制作用と、腐食溶解等による加速作用のせめぎ合いとなるため、前者が相対的に卓越するような適度な湿潤環境をき裂内に作り出すことができれば、き裂進展を効果的に抑制することが可能となる。そこで本研究では、適度な湿潤環境をき裂内で局所限定的に実現する手段として、元々はヘルスケア（冷却）用に開発された高含水率の含水ジェルシートを用い、き裂進展抑制技術としての有効性について検証する。
2021年度は、前年度に引き続き切欠き付き平板試験片を用いたき裂進展試験を行い、含水ジェルシート適用の効果について検証した。具体的には、市販の含水ジェルシートを蒸留水、塩水及び人工海水に長時間浸漬したものを用いて含水添加物の影響をみるとともに、流電陰極層や流電陽極層の効果についても比較検討を行った。
その結果、試験片の片側に含水ジェルシート及びマグネットシートを適用し、反対側は通気口として解放した場合、含水液体として塩水（3%NaCｌ水溶液）及び人工海水を用いると、き裂進展抑制効果が発現し、母材のみの場合に対する寿命比はそれぞれ4.1倍及び6.5倍となった。人工海水の含水ジェルシートに銅箔テープを流電陰極層として積層した場合の寿命比も6.5倍であり、流電陽極層の効果は認められなかった。一方、人工海水の含水ジェルシートに亜鉛防食テープを流電陽極層として積層した場合の寿命比は6.0倍となり、き裂周辺の母材を腐食させずにき裂進展を抑制できることが判明した。含水ジェルシートを用いた腐食生成物のくさび効果によるき裂進展抑制方法については申請時及び前年度に特許出願済みだが、今年度は更に上記の流電陽極層を用いる方法と取得データを纏めて新規出願を行った。
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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
2021年度は、切欠き付き平板試験片を用いたき裂進展試験を行い、含水ジェルシート適用の効果について検証した。市販の含水ジェルシートを蒸留水、塩水及び人工海水に長時間浸漬したものを用いて含水添加物の影響をみるとともに、流電陰極層や流電陽極層の効果についても比較検討を行った。その結果、試験片の片側に含水ジェルシート及びマグネットシートを適用し、反対側は通気口として解放した場合、含水液体として塩水（3%NaCｌ水溶液）及び人工海水を用いると、き裂進展抑制効果が発現し、母材のみの場合に対する寿命比はそれぞれ4.1倍及び6.5倍となった。人工海水の含水ジェルシートに銅箔テープを流電陰極層として積層した場合の寿命比も6.5倍であり、流電陽極層の効果は認められなかった。一方、人工海水の含水ジェルシートに亜鉛防食テープを流電陽極層として積層した場合の寿命比は6.0倍となり、き裂周辺の母材を腐食させずにき裂進展を抑制できることが判明した。この流電陽極層を用いる方法と取得したデータを纏め、新規特許出願を行った。
以上、種々の実験を通して貴重な研究成果が得られ、特許出願も行っており、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、前年度に引き続き、切欠き付き平板試験片に含水ジェルシートを適用したき裂進展試験を行い、進展抑制効果に影響する様々な因子について検討する予定である。影響因子としては、前年度に実施した含水添加物や流電陰極層／流電陽極層の効果に加え、酸素や二酸化炭素の供給方法についても調べる予定である。また、上記平板試験片よりも厚板の試験片を用いた場合の有効性についても検討を加える予定である。
実験及び解析で得られたデータや知見については、随時研究発表や論文投稿、特許出願等を行っていく所存である。
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| Causes of Carryover |
2020年度計画に「試験片取り付け治具」として数十万円を計上していたが、2021年度までに使用した平板試験片（板厚5 mm）は既存の油圧チャックにより取付可能であったため、相当分は2022年度まで繰り越した。また、含水ジェルシートは当初、特注品として製作を外注する予定であったが、市販品を加工することで代替が可能と判断し、製作費として計上していた予算は2022年度に繰り越した。2022年度は厚板試験片を用いたき裂進展試験を実施する予定であり、専用の取り付け治具や試験片製作費が別途必要になると思われるため、繰り越した予算はそれらに適宜充当していく予定である。
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