多結晶体電極表面における異方性腐食挙動のデジタル電気化学

• Project/Area Number: 14J00231
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Composite materials/Surface and interface engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 高畠 勇 北海道大学, 大学院総合化学院, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 表面・界面 / 電気化学 / 腐食科学

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、多結晶純鉄上で進行する不均一腐食反応の解析を目的として、以下の二つのアプローチより素地鉄表面結晶方位が酸化物皮膜の形成に与える影響を検討した。
１）多結晶鉄上に形成する熱酸化皮膜について、下地鉄の結晶面方位が熱酸化皮膜の電気的物性に与える影響を微小キャピラリ（MCC）法により精査した。前年度までに、二次元エリプソメトリーを用いて二層構造（内層Fe3O4/外層α-Fe2O3）をとる酸化物層の厚さと素地結晶方位の関係を明らかにし、酸化物層が不均一に溶解する過程をその場観察した。本年度は、MCC法を用いた電気化学インピーダンス測定により、皮膜のドナー密度NDが内層Fe3O4の厚さおよび下地鉄の表面エネルギーと同様な大小関係を示すことを明らかにした。これら皮膜の結晶面方位依存性について、熱酸化物の異方性成長が内層Fe3O4の成長速度および外層α-Fe2O3の欠陥構造に影響を与えたためと説明した。これら熱酸化皮膜に関する研究成果をまとめた論文をアメリカ電気化学会誌にて発表した。
２）その場二次元エリプソメトリーを用いて中性ホウ酸緩衝溶液中、純鉄上に形成する不働態皮膜の形成挙動について検討した。24時間の定電位分極中、膜厚の増加に伴い試料のエリプソメトリー像は変化したが、結晶面方位依存性はほとんど見せなかった。この結果について、結晶粒ごとの膜厚の差異がエリプソメーターの検出限界を下回ったためと考えた。一方、MCC法を用いた電気化学測定により不働態皮膜の電荷移動抵抗とNDに結晶面方位依存性が見出されたが、これらの値は明確な相関関係を示さなかった。これら皮膜特性に相関関係が見られない原因について、下地鉄の表面エネルギーや酸化物の異方性成長など複数の因子が同時に不働態化挙動に影響を与えるためと考察した。これら不働態皮膜に関する研究成果をまとめた論文を国際学術誌に投稿した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Heterogeneity of a Thermal Oxide Film Formed on Polycrystalline Iron Observed by Two-Dimensional Ellipsometry (2016)
  • Author(s): Y. Takabatake, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, Y. Hasegawa, K. Fushimi
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society Volume: 163 Issue: 14 Pages: C815-C822
  • DOI: 10.1149/2.0211614jes
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Grain-Dependent Passivation of Iron in Sulfuric Acid Solution (2014)
  • Author(s): Y. Takabatake, K. Fushimi, T. Nakanishi, Y. Hasegawa
  • Journal Title: Journal of The Electrochemical Society Volume: 161 Issue: 14 Pages: C594-C600
  • DOI: 10.1149/2.0901414jes
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Grain-Dependent Reduction onf Thermally-Oxidized Iron Surface Observed by In Situ 2D Ellipsometry (2016)
  • Author(s): Y. Takabatake, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, Y. Hasegawa, K. Fushimi
  • Organizer: PRiME 2016
  • Place of Presentation: Hawaii Convention Center & Hilton Hawaiian Village, Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2016-10-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Heterogeneity of passive film formed on polycrystalline iron observed by in situ 2D-ellipsometry and micro-capillary cell technique (2016)
  • Author(s): Y. Takabatake, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, Y. Hasegawa, K. Fushimi
  • Organizer: EUROCORR 2016
  • Place of Presentation: Le Corum, Montpellier, France
  • Year and Date: 2016-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] In Situ observation on galvanostatic reduction of thermally-oxidized polycrystalline iron by 2D ellipsometry (2016)
  • Author(s): Y. Takabatake, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, Y. Hasegawa, K. Fushimi
  • Organizer: The eighth Japan-China Joint Seminar on Marine Corrosion and Control
  • Place of Presentation: Hokkaido University, Sapporo, Japan
  • Year and Date: 2016-06-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of Crystallographic Orientation on Thermal Oxidation of Polycrystalline Iron (2016)
  • Author(s): Y. Takabatake, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, Y. Hasegawa, K. Fushimi
  • Organizer: HU-UCB Joint Symposium on Chemical Sciences and Engineering
  • Place of Presentation: Hokkaido University, Sapporo, Hokkaido, Japan
  • Year and Date: 2016-01-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多結晶純鉄上に形成した不均一な熱酸化皮膜についての解析 (2015)
  • Author(s): 高畠勇、北川裕一、中西貴之、長谷川靖哉、伏見公志
  • Organizer: コロージョン・ドリーム2015 - 若手研究者セミナー
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2015-11-20
• [Presentation] 多結晶純鉄上に形成した熱酸化皮膜の光学的および電気化学的解析 (2015)
  • Author(s): 高畠勇、北川裕一、中西貴之、長谷川靖哉、伏見公志
  • Organizer: 第62回材料と環境討論会
  • Place of Presentation: 福岡工業大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-11-04
• [Presentation] Heterogeneous Thermal Oxide Film Formed on Polycrystalline Pure Iron (2015)
  • Author(s): Y. Takabatake, Y. Kitagawa, T. Nakanishi, Y. Hasegawa, K. Fushimi
  • Organizer: ECS 228th Meeting
  • Place of Presentation: Hyatt Regancy Phoenix & Phoenix Convention Center, Phoenix, Arizona, USA
  • Year and Date: 2015-10-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 多結晶純鉄上に形成した熱酸化皮膜の不均一性 (2015)
  • Author(s): 高畠勇、伏見公志、北川裕一、中西貴之、長谷川靖哉
  • Organizer: 電気化学会第82回大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学 （神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2015-03-15 – 2015-03-17
• [Presentation] Grain-dependency of Passive Film Formed on Iron in Sulphuric Acid (2014)
  • Author(s): Y. Takabatake, K. Fushimi, T. Nakanishi, Y. Hasegawa
  • Organizer: EUROCORR 2014
  • Place of Presentation: Palazzo dei Congressi, Pisa, Italy
  • Year and Date: 2014-09-08 – 2014-09-12
• [Presentation] Effect of Metallographic Structure on Electrochemical Oxidation of Pure Iron (2014)
  • Author(s): Y. Takabatake, K. Fushimi, T. Nakanishi, Y. Hasegawa
  • Organizer: The 3rd Frontier Chemistry Center International Symposium "Challenges at the Frontier of Chemical Sciences"
  • Place of Presentation: Hokkaido University （北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-06-13 – 2014-06-14
• [Presentation] Anodic Oxide Film Formed on Iron Depending on Crystallographic Orientation (2014)
  • Author(s): Y. Takabatake, K. Fushimi, T. Nakanishi, Y. Hasegawa
  • Organizer: 2nd International Symposium on Anodizing Science and Technology (AST2014)
  • Place of Presentation: Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo Hotel & Spa Resort （北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-06-04 – 2014-06-06
• [Presentation] 硫酸中における純鉄の結晶面方位に依存した腐食挙動 (2014)
  • Author(s): 高畠勇、伏見公志、中西貴之、長谷川靖哉
  • Organizer: 材料と環境2014
  • Place of Presentation: 一橋講堂：学術総合センター （東京都千代田区）
  • Year and Date: 2014-05-18 – 2014-05-20
• [Remarks] 北海道大学大学院工学研究院・先端材料化学研究室
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/amc/index.html
• [Remarks] 北海道大学大学院工学研究院・先端材料化学研究室ホームページ
  • URL: http://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/amc/index.html