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アンモニア水溶液及びアンモニウムイオンを含む地下水中における純銅の応力腐食割れ挙動

Stress corrosion cracking behavior of pure copper in ammonia solution and groundwater containing ammonium ion

谷口 直樹; 川崎 学; 内藤 守正

Taniguchi, Naoki; Kawasaki, Manabu; Naito, Morimasa

応力腐食割れは一般に割れを伴わない腐食に比較して進展速度が大きく、腐食しろによって貫通を防ぐことは困難である。したがって、オーバーパック材料として銅を適用する場合には応力腐食割れの生起可能性や生起条件を明らかにする必要がある。銅及び銅合金はアンモニアを含む環境において、条件によっては応力腐食割れに対して感受性を示すことが知られている。本研究では、アンモニア溶液中及びアンモニウムイオンを含む地下水を用い、酸化性条件において無酸素銅の低歪速度試験(SSRT)を実施し、応力腐食割れ感受性を検討した。その結果、0.05M及び0.1MのNH$$_{4}$$OH水溶液中では大気平衡における自然電位条件で割れの発生は認められなかった。アンモニウムイオンを含む幌延の地下水条件では-144mV vs. SCEにおいて脆性的な破面と亀裂が観察された。亀裂の形態は粒界割れのほか、浅い粒内割れ、粒界割れから枝分かれした粒内割れが観察された。これらの条件では表面及び亀裂内部において強く密着した腐食生成物が観察されており、変色皮膜破壊機構による応力腐食割れが示唆された。幌延地下水が飽和した緩衝材中では、最大応力,破断伸びなど機械的特性はシリコンオイル中と同程度であり、試験片表面にも応力腐食割れに起因する明瞭な割れは認められなかった。

Since the propagation rate of stress corrosion cracking (SCC) is generally larger than that of other corrosion mode without cracking, it is difficult to avoid the penetration due to SCC by designing the corrosion allowance. Therefore, it is important to clarify the possibility of SCC initiation or conditions where SCC is possible to be occurred. It has been known that copper and copper alloys are susceptible to SCC in ammonia environment depending on the conditions. In this study, the SCC susceptibility of oxygen free copper was investigated in ammonia solution and groundwater containing ammonium ion under oxidizing condition by slow strain rate technique. As the results, no SCC was observed both in 0.05M and 0.1M NH$$_{4}$$OH solution. In Horonobe groundwater containing ammonium ion, brittle fracture surface and cracks were observed at -144mV vs. SCE. The morphologies of the SCC were not only intergranular type but also transgranular type and transgranular cracks branched from intergranular crack. In these test conditions, corrosion products were strongly adhered to the specimen surface and inside of the cracks. This indicates that the SCC was caused by tarnish rupture mechanism. In buffer material saturated with Horonobe groundwater, mechanical properties such as maximum stress and fracture strain were comparable with those in silicon oil, and no distinct cracks due to SCC were detected on the specimens.

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