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門馬 悠一郎*; 坂入 正敏*; 上野 文義; 大谷 恭平
材料と環境, 71(5), p.133 - 137, 2022/05
薄い液膜下における鋼の腐食に及ぼす腐食抑制剤の影響を調査した。試料上に1.0-0.2mmの厚さの液膜を形成し、モリブデン酸ナトリウムと乳酸アルミニウム混合液を腐食抑制剤として添加し電気化学測定を実施した結果、腐食抑制剤はアノード反応を抑制すること、および液膜中では完全浸漬に比べて腐食抑制剤による保護層の形態が液量に応じて変化することが示唆された。
五十嵐 誉廣; 大谷 恭平; 小松 篤史; 加藤 千明; 坂入 正敏*
防錆管理, 66(4), p.141 - 145, 2022/04
金属腐食は原子スケールにおける電気化学反応を基とする材料劣化現象である。本報では、第一原理計算を用いた金属表面における様々な物性値取得方法を説明する。また第一原理計算を金属腐食研究に応用した例として、金属表面への水素吸着が電位変化に及ぼす影響と水溶液中カチオン原子が金属の耐食性に及ぼす影響について報告する。
門馬 悠一郎*; 坂入 正敏*; 上野 文義; 大谷 恭平
材料と環境, 71(4), p.121 - 125, 2022/04
3Dプリンタを用いて作製した装置で炭素鋼の大気腐食に及ぼす液膜厚さの影響を調査した。新たに作製した装置により、液膜厚さを正確に保持することが可能となった。異なる厚さの液膜で酸素の拡散限界電流密度(
)とアノード電流密度(
)を測定した。液膜が薄くなると、は増加しは減少した。と拡散距離の関係から酸素の拡散係数を3.20
10
cm
s
と算出した。この結果を用いて、溶存酸素の拡散に影響を与え始める臨界厚さは0.87mmと求められた。
五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 加藤 千明; 坂入 正敏*
鉄と鋼, 107(12), p.998 - 1003, 2021/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Metallurgy & Metallurgical Engineering)鋼の大気腐食に対する環境要因の影響を明らかにするために、相対湿度と降雨量を考慮した新たな大気腐食減量予測モデルを開発した。開発モデルを用いて、宮古島市,銚子市およびつくば市の年間大気腐食減量の計算シミュレーションを行った。計算シミュレーションによる腐食減量は各地点における実測値と良い一致を示した。各地点での腐食重量減量は、飛来海塩量,相対湿度、および降雨の影響を大きく受けることが分かった。
五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 加藤 千明; 坂入 正敏*
防錆管理, 65(10), p.365 - 370, 2021/10
大気腐食に関連する重要な環境因子である飛来海塩量,気温,相対湿度,降雨を考慮した新たな解析モデルを開発した。大気腐食減量についてシミュレーション予測値と実測データを比較することで開発モデルの妥当性を検証した。また軒下曝露条件および屋外曝露条件における大気腐食減量についてシミュレーション予測値と実測データと比較した結果、降雨による表面洗浄効果によって大気腐食減量が強く抑制されることを確認した。
大谷 恭平; 坂入 正敏*
Materials Transactions, 62(6), p.815 - 820, 2021/06
被引用回数：3 パーセンタイル：25.78(Materials Science, Multidisciplinary)グルコン酸ナトリウムの軟鋼の腐食抑制能力に及ぼす溶液中の金属カチオンの相乗効果を、「カチオンの腐食抑制効果」を表すパラメータYに着目して、浸漬試験及び電気化学試験により定量的に検討した。その結果、モデル淡水中の金属カチオンのY値の増加に伴い、グルコン酸塩の腐食抑制能力が向上することが明らかになった。また、電気化学的及び表面分析の結果、グルコン酸塩配位子とY値の大きい金属カチオンが軟鋼に欠陥の少ない保護膜を形成していることが明らかになった。
五十嵐 誉廣; 大谷 恭平; 加藤 千明; 坂入 正敏*; 富樫 侑介*; 馬場 和彦*; 高木 周作*
ISIJ International, 61(4), p.1085 - 1090, 2021/04
被引用回数：1 パーセンタイル：8.06(Metallurgy & Metallurgical Engineering)水溶液中の金属カチオン(Zn
, Mg, Na
)が鉄への水素透過に及ぼす影響を明らかにするために、鉄表面からの水素透過量をレーザーアブレーションを用いた電気化学試験により測定した。また、金属カチオンによる水素透過の基本的なメカニズムを得るために、第一原理計算を使用して金属カチオンの吸着ポテンシャルと鉄表面周辺の電子状態を取得した。実験解析から、溶液中のZnによって鉄表面の陽極反応が抑制されることがわかった。また量子解析から、ZnイオンはNa, Mgイオンよりも鉄表面に強く結合することがわかった。これより、鉄の溶解反応はZn層の形成により抑制され鉄への水素透過の抑制につながることが示唆された。
concentration大谷 恭平; Islam, M. S.*; 坂入 正敏*; 兼子 彬*
Surface and Interface Analysis, 51(12), p.1207 - 1213, 2019/12
被引用回数：1 パーセンタイル：2.04(Chemistry, Physical)異なる亜鉛イオン濃度の模擬淡水中でA3003アルミニウム合金に形成した腐食生成物の形態および組成をオージェ電子分光分析装置(AES)により明らかにした。試料断面の観察より、浸漬した模擬淡水の亜鉛イオン濃度が増加するほどA3003に形成した腐食生成物の厚さは減少することがわかった。試料断面の分析より、溶液中の亜鉛イオン濃度が0.1mMを超えると腐食生成物は多層構造になり、内側の亜鉛の豊富な層は高耐食性を有することが示唆された。
Islam, M. S.*; 大谷 恭平; 坂入 正敏*
ISIJ International, 58(9), p.1616 - 1622, 2018/09
被引用回数：5 パーセンタイル：27.74(Metallurgy & Metallurgical Engineering)亜鉛めっき鋼板の腐食挙動には溶出した亜鉛イオンが寄与していると考えられるため、炭素鋼の腐食に及ぼす亜鉛イオンの影響および他の金属カチオンの影響を浸漬腐食試験および電気化学的手法を用いて調査した。浸漬腐食試験で得られた外観写真や質量変化から実験に用いたNa, Mg, Zn, Al
のなかで亜鉛は最も炭素鋼の防食に寄与することがわかった。XPS測定より亜鉛イオンは鋼の表面に結合していることが分かり、更に電気化学インピーダンス測定から亜鉛イオンが溶液に存在していると炭素鋼の腐食抵抗が大きくなるため耐食性の高い表面状態になっていることがわかった。実験結果より、亜鉛イオンは炭素鋼表面に亜鉛の金属カチオン層を形成して塩化物イオンによる攻撃を防いでいたと推察できる。すなわち、亜鉛めっき鋼板の防食作用は犠牲防食だけでなく溶出した亜鉛イオンによる防食作用も大きく寄与していると考えられる。
aqueous solutionIslam, M. S.*; 大谷 恭平; 坂入 正敏*
Corrosion Science, 140, p.8 - 17, 2018/08
被引用回数：13 パーセンタイル：53.94(Materials Science, Multidisciplinary)異なる金属カチオンを含む0.5M Clの溶液に暴露したSUS304の腐食挙動を表面分析を伴う浸漬試験および電気化学測定により調査した。金属カチオンにより異なる腐食メカニズムはXPS分析および硬い柔らかい酸塩基理論(HSAB理論)により解明した。研究結果より、硬い金属カチオンは化学結合によって不動態皮膜上に保護層を形成して塩化物イオンによる攻撃を防ぐことにより、SUS304の腐食反応を抑制する効果を持つと考えられる。
坂入 正敏; 木内 清
JAERI-Research 95-031, 28 Pages, 1995/03
JAERI-Research-95-031.pdf:2.08MB
Zrは、酸化力の強い溶液中でも優れた耐食性を示すため、再処理硝酸溶液用として有望視されている材料である。しかし、摩耗腐食条件において不働態皮膜の欠落や保護性の低下により、耐食性が低下し易い性質を有している。本報告では、Zrの耐摩耗腐食抵抗性について、回転摺動型及び往復摺動型の摩耗腐食試験装置を用い、共材間で低負荷条件において温度を変え、試験を実施した。この結果、試験装置に依らず、Zrは大きな損耗速度を示し、運動量と損耗速度の間には良い相関が得られた。フレッチング腐食傾向の強い往復摺動型の試験では、損耗速度は顕著な温度依存性を示し、沸点で最大となった。さらに、Zrの低い摩耗腐食抵抗性及び温度依存性を、稠密6方晶特有の結晶学的性質による機械的強度と硝酸中への再不働態化速度等の温度依存性から解析・評価した。
坂入 正敏; 木内 清
JAERI-Research 95-030, 34 Pages, 1995/03
JAERI-Research-95-030.pdf:2.0MB
ジルコニウムやチタン等の耐食材料は、優れた耐食性を示す一方、摺動や擦過を受ける条件においてフレッチング腐食を生じ易いことが知られている。そこで、再処理プラント用材料である当該金属材料とR-SVS304ULCステンレス鋼の摩耗腐食傾向の違いについて、回転摺動型試験機を用いて、純水及び3規定硝酸溶液中で低い付加条件まで検討し、次の結果を得た。3規定硝酸中における損耗速度は、連続摩耗状態のピン側でSUS
TiZrの順に速くなり、間欠摩耗状態のディスク側でもSUSTiZrの順に速くなった。純水におけるZrのピンのように摩耗が支配的である場合には、損耗速度と運動量に良い直線関係が得られた。Zrの摩耗腐食抵抗性が低い原因として、稠密6方晶特有の特定結晶面に沿った機械的強度が低いことが考えられる。
坂入 正敏; 木内 清
JAERI-M 94-064, 20 Pages, 1994/03
放射線腐食性溶液中の金属材料の腐食現象を本質的に解明するには、その場解析手法の開発が不可欠である。既に前報において、溶液環境中における適用可能なその場解析の手段について、その原理、測定例及び問題点等の調査検討を行い報告した。我々の研究対象である原子炉水環境や再処理プラント硝酸環境の腐食では、ラマン分光法を用いたその場解析手法が最良な手法の一つであることが分かった。ラマン分光法を用いたその場解析装置の設計、製作を行い、測定対象とする数種類の溶液について予備試験を行った。この結果、当該手法により硝酸の溶液化学的性質がその場解析できること、イオン種によるラマンスペクトルの違いに知見が得られた。
坂入 正敏; 木内 清
JAERI-M 94-063, 35 Pages, 1994/03
金属材料の腐食は材料と環境の界面で起きる現象であるから、その耐食性を正確に評価するには、可能な限り環境中に材料が置かれたままの状態で、解析を行うことが必要である。この方法は、その場解析法(In-Situ Analysis)と呼称されている。しかし、現在までに原子炉水環境や再処理プラント硝酸環境等の強放射線腐食性溶液で使用可能なその場解析手法は開発されていない。そこで、当該環境中への適応性に着目し、中性水溶液環境で報告のあるラマン分光法や走査型トンネル顕微鏡等を中心に有望な手法の比較検討を行った。この結果から、現用技術の中で対象環境へ応用できる可能性のあるその場解析手法の一つとしてラマン分光法が最適であることが分かった。この点から、本方法を応用したその場解析手法の開発について考察した。
坂入 正敏; 水流 徹*
Proc. of the Int. Symp. on Material Chemistry in Nuclear Environment, p.497 - 506, 1992/00
中性塩化物水溶液中でステンレス鋼に発生する孔食萌芽(孔食の初期過程)に伴い定電位で発生する電流振動を測定し、統計的解析を行った。統計的解析には、信頼性工学で利用されているワイブル確率紙を用いた。孔食萌芽の発生率は、測定電位およびステンレス鋼中に介在する硫化物の数の増加に従って増加することが明らかになった。発生する孔食萠芽の大きさは、測定電位の増加およびステンレス鋼中の硫化物の大きさに従って大きくなることが明らかになった。以上の結果より、孔食萌芽はステンレス鋼の表面状態(硫化物の大きさ、分散状態)および測定電位により影響を受けることが示された。さらに、孔食萠芽には、それが測定可能になるための最小の大きさがあり、孔食萌芽の生存時間のワイブル確率紙プロットより求めた位置のパラメータから、半球状の孔食を仮定して計算すると、直径で約0.2
mと求められた。
大谷 恭平; 坂入 正敏*; 兼子 彬*
no journal, ,
本研究では、異なる金属カチオンを含んだ模擬淡水を用いて電気化学測定および表面観察・分析を伴う浸漬腐食試験を実施し、金属カチオンの種類により異なるアルミニウム合金の腐食挙動や腐食速度の違いを明らかにすること、更にカチオンの硬さ、Xを改良した新規腐食指標を提案することを目的として実験を行った。観察と分析結果から、アルミニウム合金の腐食挙動は溶液に含まれる金属カチオンの種類によって大きく変化すること、金属カチオンはアルミニウム合金表面に結合することで腐食挙動を変化させることがわかった。さらに、新規腐食指標Yを提案し、アルミニウム合金の腐食速度は溶液中に含まれる金属カチオンのもつ腐食指標Yの値に伴って減少することを明らかにした。
Islam, M. S.*; 大谷 恭平; 坂入 正敏*
no journal, ,
これまでの研究で淡水中に含まれる亜鉛イオンは炭素鋼の腐食を抑制する効果があるという報告がされているが、亜鉛イオン濃度の影響は不明だった。そこで、亜鉛イオン濃度を0.1mMから1mMまで変化させた溶液を用いて腐食試験を実施し、亜鉛イオン濃度が炭素鋼の腐食に及ぼす影響を調査した。腐食試験後の鋼の質量減少量は淡水の亜鉛イオン濃度と線形に比例して減少していた。腐食試験後の鋼材表面のSEM観察結果から亜鉛イオン濃度の増大に伴って鋼表面の孔の数は減少していることがわかった。XPSおよびAESによる表面分析より、亜鉛イオンは鋼表面に金属カチオンの層を形成し、亜鉛イオン濃度が高いほど金属カチオン層は鋼の被覆率が高いことがわかった。
坂入 正敏*; 大谷 恭平; Islam, M. S.*
no journal, ,
以前の研究で溶液環境中の亜鉛イオンは金属の腐食を抑制する役割があることが明らかになった。しかし、亜鉛イオンの金属の腐食抑制に及ぼす役割は完全には明らかになっていない。本研究では、亜鉛イオンのおよぼす鋼およびアルミニウム合金の腐食への影響を明らかにした。電気化学インピーダンス分析および表面の化学状態分析より、亜鉛イオンは鋼表面に電気化学反応を抑制するのに効果的な保護皮膜を形成し、その結果として腐食速度を減少させる役割を持つことがわかった。
五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 加藤 千明; 坂入 正敏*
no journal, ,
環境・エネルギー問題の観点から、鉄鋼材料の大気腐食研究は重要なテーマの一つである。本研究では、腐食量に大きく関係する環境因子の一つである液膜厚さに着目し、吸着塩量と相対湿度をパラメータとする腐食予測モデルの構築とシミュレーションを行った。開発モデルにより、昼夜の相対湿度変化による腐食速度変化を表現することが可能となった。また、1日の中で腐食速度が急激に変化する時間帯があった。シミュレーションデータを解析したところ、これは含有塩の潮解等による液膜厚さの変化の可能性が示唆された。
五十嵐 誉廣; 小松 篤史; 加藤 千明; 坂入 正敏*
no journal, ,
海浜地区にある橋梁や原子力施設等の大型構造物は海塩の飛来による厳しい腐食環境に晒されている。施設の安全性確保および環境・エネルギー問題の観点から、大型構造物の主要材料である鉄鋼材料の大気腐食のメカニズムを解明することは重要なテーマの一つである。本研究では、大気腐食に対する影響因子として降雨,湿度を考慮した既存モデルに対し、新たに温度を考慮した大気腐食減量予測モデルの構築を行った。開発モデルにより、既存モデルによる過分な腐食量予測が修正され、より精緻な大気腐食減量の予測が可能となった。
坂入 正敏*; 小野澤 健人*; 大谷 恭平; 上野 文義
no journal, ,
現在、格納容器内部は低酸素環境であるため腐食は顕在化していないが、廃炉作業の遂行にあたり酸素の流入による水膜下腐食の顕在化が懸念されている。水膜下の腐食は、その厚さにより大きく異なるため、水膜下における鋼の腐食機構を解明し、防食技術を確立することが必要とされている。そのためには、厚さを制御した組成の異なる水膜中における電気化学挙動を詳細に調査する必要がある。そこで本研究の目的は、水膜厚さと腐食抑制剤が炭素鋼の電気化学挙動に及ぼす影響を調査することとした。
