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2018 年度 実績報告書

AFMを用いた水溶液中でのステンレス鋼の不動態皮膜のその場超高倍率観察と構造解析

研究課題

研究課題/領域番号 17K18997
研究機関広島工業大学

研究代表者

王 栄光  広島工業大学, 工学部, 教授 (30363021)

研究分担者 土取 功  広島工業大学, 工学部, 教授 (20771801)
福島 千晴  広島工業大学, 工学部, 教授 (30262752)
研究期間 (年度) 2017-06-30 – 2019-03-31
キーワードステンレス鋼 / 不動態皮膜 / その場観察 / 原子間力顕微鏡
研究実績の概要

不動態皮膜の成分、構造および均一性は、ステンレス鋼の耐食性を大きく左右する。その不動態皮膜の厚さは僅かに数nmと言われ、ex-situとin-situ の両面から種々の方法を用いて調べられてきた。一方、水溶液中で不動態皮膜の性状をその場で調査するには、条件の制約によって使える手段が限られるので、今までに報告された結果がまだ少ない。とくにステンレス鋼はあらゆる表面に皮膜が生成するため、断面から皮膜厚さを調査するには無理がある。
本研究では、まず、精密研磨したSUS304ステンレス鋼の局所に約200nm厚さの金ブロックを蒸着し、表面高さの不変基準を作った。次に、硫酸溶液中で鋼表面の不動態皮膜を除去した後、硫酸水溶液を種々pHの水溶液に代えることによって再び不動態皮膜を形成させた。原子間力顕微鏡を利用して不動態皮膜が再生成する前後の表面形態を記録し、表面高さの変化からin-situ不動態皮膜の厚さを求めた。こうしたin-situ皮膜厚さをFE-TEMで得られたそれと比較し、またXPS分析で得られた成分分布と合わせて皮膜の構造を考察した。
その結果、金ブロックを高さ基準として、硫酸水溶液でSUS304ステンレス鋼に既存している不動態皮膜を除去した後再生成した不動態皮膜の厚さを液中原子間力顕微鏡によってin-situ的に求めることができた。得られた厚さは、実際の皮膜より過小評価されたもののex-situで得られたそれよりはるかに大きい。これは、in-situの皮膜に多くの結合水が含まれていると考えられる。また、再生用水溶液のpHの増加に伴って鋼表面での不動態皮膜の厚さは増えることが確認された。なお、塩化物イオンの添加および濃度の増加によって、その厚さが減少した。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [国際共同研究] 清華大学/材料学院(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      清華大学/材料学院
  • [国際共同研究] 広西大学/化学化工学院(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      広西大学/化学化工学院
  • [学会発表] SUS304ステンレス鋼不動態皮膜の液中AFMによるその場測定2019

    • 著者名/発表者名
      李運輝,肖天, 王栄光, 福島千晴, 土取功
    • 学会等名
      2019年腐食防食協会中国・四国支部「材料と環境研究発表会」
  • [学会発表] SUS304 ステンレス鋼の再生不動態皮膜厚さの液中原子間力顕微鏡によるその場測定2019

    • 著者名/発表者名
      王栄光、李運輝、肖天、福島千晴、土取功
    • 学会等名
      日本金属学会2019年春期(第164回)大会
  • [学会発表] XPS, TEMおよび EC-AFMを用いたステンレ鋼不動態皮膜の測定2018

    • 著者名/発表者名
      李運輝,肖天,王栄光,凌雲漢,福島千晴,土取功
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会・日本金属学会中国四国支部 鉄鋼第61回・金属第58回合同講演大会
  • [学会発表] Passive Film on Stainless Steel Analyzed by XPS, TEM and EC-AFM2018

    • 著者名/発表者名
      Yunhui Li, Tian Xiao, Rongguang Wang, Yunhan Ling, Zhaoxia Lu, Chiharu Fukushima, Isao Tsuchitori
    • 学会等名
      18th Asian Pacific Corrosion Control Conference (18th APCCC)
    • 国際学会

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公開日: 2019-12-27  

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