金属異材接合部の腐食劣化数理モデルの構築とデータ同化の実装による高精度化

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05150
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 多田 英司 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (40302260)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ガルバニック腐食 / 鉄鋼/アルミニウム合金対 / 数値シミュレーション / 電気化学計測 / 腐食モデル

Outline of Annual Research Achievements

自動車などの内燃機関から排出されるCO2量を削減するには，燃費の向上に加え，車体の軽量化が重要である．自動車車体の場合は，使用量が多い鉄鋼材料に対して衝突安全性の担保と軽量化が実現できる高強度化が急務となっているが，その一方で一部の鋼材を比強度、耐食性、加工性に優れるAl合金や炭素繊維強化プラスチックなどに置き換えるマルチマテリアル化が期待されている．本研究では，マルチマテリアル化において問題となる異種金属接触腐食（ガルバニック腐食）について，精緻な腐食モデルを確立し，接合部分の耐久性評価に寄与する技術開発を目指している．
金属異材接合部の腐食モデルの構築と評価手法の確立には，実際の測定によって大量の分極挙動データセットを準備するボトムアップ的な数値計算モデルでは対応できず，より合理的な境界条件セットの収集方法を構築すべきである．そこで，本研究では，データ同化をガルバニック腐食の分極挙動データセットの整備に応用し，腐食シミュレーションのためのキーとなる境界条件の整備を行う．さらに，金属異材接合部のガルバニック腐食において現象を支配する環境因子を明確化し，それに対して時間変化する分極挙動を，データ同化に基づいて予測し，最終的なガルバニック腐食シミュレーションに適用する．これにより高精度な腐食シミュレーションが可能となり，ガルバニック腐食による接合部の劣化寿命予測が現実的なものとなる．
本年度では，NaCl中におけるFe/Al接合対のガルバニック腐食機構の解明を目的に，種々の塩化物イオン濃度に対して腐食観測データを収集した．また，得られたガルバニック腐食の観測データを基に，腐食シミュレーションを実施した．その結果，実測した腐食データをある程度シミュレーションにより再現できたが，より高精度な評価にはより高精度な境界条件設定が必要であることが示された．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度実施を計画していたFe/Al接合部のガルバニック腐食試験と腐食シミュレーションを遂行した．これにより，異材接合部の腐食劣化を理解することができ，腐食モデルの構築に対する課題を明らかにすることができた．これらの成果は今後の研究指針となる．よって，概ね予定通り順調に進展している．

Strategy for Future Research Activity

本年度実施したガルバニック腐食試験について，より広範な環境因子調査と分極曲線の測定を行い，ガルバニック腐食データセットと境界条件データセットを増やす．これにより，腐食シミュレーションの高精度化に寄与する情報を収集する．

Causes of Carryover

コロナ禍によって，研究スケジュールを調整し，予定していた実験の一部について順番を入れ替えて実施した．また，予定していた情報収集や成果発表が行えなかった．これらによって経費支出が計画通りとならなかった．しかし，次年度以降における研究計画によって，予定通り予算執行が可能であると考えている．