高純度水中における金属すき間内のイオン濃縮挙動に関する実験及びモデル計算

Experimental and modeling study on ion concentration behavior in metal crevices in high-purity water

相馬 康孝   ; 小松 篤史 ; 五十嵐 誉廣  

Soma, Yasutaka; Komatsu, Atsushi; Igarashi, Takahiro

ステンレス鋼のすき間内に浸入したClイオンは外界を高純度水中としても濃度拡散通りに散逸しない(導電率が低下しない)こと、及びこの原因がすき間内外における電気化学反応に起因する可能性があることを前報において報告した。そこで本研究では、イオン挙動を更に解析するために、一般的な高純度水中でどの程度のイオン濃縮駆動力が生じるかを実験及びモデル計算によって調べた。実験の結果、50Cの高純度水中では脱気環境及び大気開放環境共にSUS316Lステンレス鋼すき間内の導電率が約100S/cm(バルク水の100-1000倍)になり、モデル解析の結果、これは主にすき間内で発生した金属カチオンとすき間試験片組立時に存在した溶存酸素の還元による水酸化物イオンにより導電率が上昇したと推測された。導電率の上昇速度からすき間内の金属の溶解度速度は約10nA/cm程度であると推測された。

In our previous study, we reported that Cl ions penetrating stainless steel crevices do not dissipate by diffusion, even in high-purity water (i.e., conductivity remains stable), likely due to electrochemical reactions inside and outside the crevice. This study further analyzes ion behavior by experimentally and computationally investigating ion concentration drivers in high-purity water. Results show that, at 50C, the crevice conductivity of SUS316L stainless steel reached 100 S/cm (100-1000 times bulk water). Modeling suggests this is due to metal cations and hydroxide ions from dissolved oxygen reduction. The dissolution rate was estimated at 10nA/cm.