還元性環境下におけるチタンの腐食速度と水素吸収挙動

The corrosion rate and the hydrogen absorption behavior of Titanium under reducing condition

鈴木 宏幸*; 谷口 直樹 ; 川上 進

not registered; Taniguchi, Naoki; Kawakami, Susumu

チタンは高耐食性金属としてオーバーパック候補材料のひとつとされている。チタンをオーバーパックとして用いる場合に評価する事項は、主に隙間腐食と水素脆化である。処分後初期の環境は、建設時に持ち込まれた酸素により酸化性環境となっているが、やがてオーバーパック周辺の酸素がオーバーパックの腐食過程、緩衝材に含まれる不純物の酸化過程による消費、ならびに岩盤中への散逸などによって酸素濃度が低下し、還元性環境になると考えられる。還元性環境では水素発生型の腐食が支配的となり、発生した水素を吸収することによって水素脆化が起こることが懸念される。しかし地層処分で想定される中性から弱アルカリ性の還元性環境におけるチタンの耐食性および水素吸収挙動についてはほとんど知られていない。そこで溶液中及びベントナイト中で浸漬試験を行いSIMS 分析等により水素濃度分布および皮膜の成長挙動を検討した。また、腐食に伴って発生するトータル水素量とチタン中に吸収される水素量について信頼性の高いデータを得るため完全密封容器試験を実施した。さらに長期経過後のチタンオーバーパックの水素吸収量を見積もるため定電流加速試験を実施した。以上の試験結果、1 年間までの短期浸漬試験から求められた腐食速度は溶液中では1010m/y のオーダー、ベントナイト中では1010m/y のオーダーであった。完全密封容器中の90 日間の試験では、腐食に伴って発生したほとんど(99%)の水素が吸収されていた。また、定電流加速試験から、電流密度が小さいほど水素吸収率は大きくなる傾向が観察された。定電流加速実験結果より、自然状態での腐食速度相当の電流密度における1000 年間の水素吸収率を推定した。その結果、第2 次取りまとめで見積もられた腐食速度(2.810m/y)に対し、水素吸収率は数十%以上となる可能性が示唆された。

Titanium is one of the candidate materials for overpacks as a high corrosion resistance metal. Crevice corrosion and hydrogen embrittlement are main causes of the damage of long term integrity of titanium overpack. At the initial stage of repository, oxidizing condition will be given around the overpack because oxygen will be brought from the ground. The oxygen will be consumed by the reaction with impurities in buffer material or corrosion of overpack, and reducing condition will be achieved around the overpack. With the changing of redox condition, the HO reduction becomes to dominate the cathodic reaction accompanying hydrogen generation. However, it is not known about the corrosion resistance and hydrogen absorption behavior of titanium under reduction condition. In this study, the immersion test of titanium in aqueous solution and bentonite was carried out. Based on the SIMS analysis, the hydrogen concentration distribution and the oxide film growth behavior were investigated. In order to obtain reliable data about the hydrogen generation rate and the ratio of hydrogen absorption in titanium, the immersion test was carried out in completely sealed ampoule. In addition, galvanostatic acceleration tests were examined to estimate hydrogen absorption ratio after a long time. From the result of short term (1 year) immersion tests, corrosion rate of titanium were estimated to be in the order of 1010m/y in the aqueous solution, and 1010m/y in bentonaite. Almost all the hydrogen generated by corrosion was absorbed in titanium in the immersion tests in completely sealed ampoule for 90days. From the results of electrochemical acceleration tests by galvanostatic method, it was observed that the hydrogen absorption ratio became large with decreasing supplied current density. Based on the acceleration test, we estimated hydrogen absorption ratio of titanium after 1000 years. It was implied that several ...