Development of Cr diffusion barrier with Co-W and related materials

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04769
• Research Institution: Muroran Institute of Technology
• Principal Investigator: 佐伯 功 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (50235090)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村上 秀之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 上席研究員 (30212252)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 無電解めっき / コーティング粉末 / Coめっき / Co－W合金めっき

Outline of Annual Research Achievements

申請者らはステンレス鋼にCo-W合金を電気めっきの後に加熱すると多層酸化物が生成し，その中心部にCoWO4層が形成することを見出し，この層がステンレス 鋼に生成する酸化物からのCrイオン拡散バリアとして機能して有害なCr6+の揮発を阻止することを見出した。このコーティングはCr揮発が問題となる固体酸化物 形燃料電池(SOFC)のインターコネクトや焼却炉への応用を目指しているが，Co-Wコーティングが適しない被めっき材料，微細粉末には電気めっき法が適用困難 なことが明らかになった。本研究はCo-W二元系以外で同様にCrイオン拡散バリア性を示す系，粉体に適用できそうなCo-W無電解めっき方法など，Co-Wを起点とし てシステムとプロセスの展開研究を行い，Co-Wコーティングファミリーの社会実装を目指す。この達成のため，合金の電解および無電解析出メカニズム，合金の 酸化の熱力学と動力学といった純粋に科学的な諸課題を明らかにする必要があり，これらコーティング方法の多面展開と科学的な課題探求を同時並行で推進する ことを目的とした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究は円滑に開始し，2023年度は当初の計画にしたがい以下２項目について検討した
（１）無電解めっき法によるCo-W合金めっき膜の作成は，前年度作成した次亜リン酸ナトリウムを還元剤として用いたプロセスで行い，作成した膜の高温での耐久性を調査したところ，電気めっき法Co-WおよびFe-W膜のようにCrの揮発を抑制することができなかった．これは次亜リン酸由来のリンが膜に取り込まれたためと考え，還元剤をジメチルアミンボランに替え，合金めっきの作成条件の検討，高温での耐久性の調査を行った．その結果，Wを10原子％以上含むCo-W合金めっき膜を得られる条件を見出した．この膜をステンレス鋼にコーティングして高温酸化条件で加熱したところ，次亜リン酸ナトリウムを還元剤とした場合と同様，Crの揮発を抑制することはできなかった．以上の検討結果から，無電解めっき法で得られるCo-W膜は電気めっき法で得られる膜のようにCr揮発を防止することはできず，またその原因は還元剤からのリンあるいはホウ素の取り込みだけでは説明できないことがわかった．ステンレス製ファイバーフィルターへのコーティングはできなかった．
（２）2022年度までに検討を終えたCo-W，Fe-W膜を電気めっき法で作成し，表面積あたりの電気伝導度を800℃で測定した．どちらのコーティングでも伝導度は低い値を維持できることがわかった．

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り，2024年度は研究をとりまとめ公表することを重点に進めていく．

Causes of Carryover

十分な計画を行い予算を執行に努めてきたが，11637円の消耗品費を執行しきれなかった．2024年度にはすべて消耗品の購入により執行する．