触媒活性を制御する鉄鋼材料の新しい高耐食化原理の創出

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05550
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 菅原 優 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40599057)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: ステンレス鋼 / 酸素還元活性 / 不働態皮膜

研究実績の概要

持続可能な社会の実現に不可欠な耐食鋼、特にステンレス鋼の新たな耐食化指針を導出するために、これまで検討が行われてこなかった腐食反応の酸化剤である酸素の還元反応の活性を制御する研究を行った。本年度は、酸素還元反応の触媒に利用される白金電極を用いて、ステンレス鋼の表面で起こる酸素還元反応に影響を与えると考えられる材料因子を抽出すること（検討事項１）、また効率よく酸素還元反応とステンレス鋼の組成との関係を調査するため、傾斜組成薄膜を二元スパッタリングで作製すること（検討事項２）に取り組んだ。
検討事項1では、白金コバルト合金に脱合金化処理を行い、表面に数原子層の白金層を形成させることで、白金バルク電極と異なる電気化学特性を持つことが分かった。白金コバルト電極では、白金と比べ表面の白金原子の格子定数が異なると予想されるため、ステンレス鋼の場合でも表面の不働態皮膜の組成を変化することで、酸素還元活性が変化すると思われる。検討事項2では、SUS430ステンレス鋼ターゲットと添加元素のターゲットを用いて、マグネトロンスパッタリング法により傾斜組成薄膜を作製することができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初の計画通りに、酸素還元反応活性とステンレス鋼の組成との関係を明らかにするための傾斜組成薄膜を、マグネトロンスパッタで作製することができた。また、酸素還元反応活性を評価するための回転ディスク電極を用いた電気化学試験に関しても、予備検討が終了しており、傾斜組成薄膜を使用し効率よくステンレス鋼の酸素還元活性に与える不働態皮膜の組成の影響に関して調査することができる。

今後の研究の推進方策

今年度に作製した傾斜組成薄膜を用いて、ステンレス鋼の酸素還元活性に与える不働態皮膜の組成の影響を明らかにする。白金電極を用いた検討から、表層の格子定数や半導体特性が変化することにより酸素還元活性が変化すると考えられるので、ステンレス鋼における酸素還元活性の発現因子をこれらの観点から考察する。その結果を基に、改良鋼の作製に取り組む。