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論文

Synchrotron radiation study on structure of atmospheric corrosion products formed on steel surfaces

小西 啓之; 山下 正人*; 水木 純一郎; 内田 仁*

Characterization of Corrosion Products on Steel Surfaces, p.199 - 222, 2006/00

大気腐食によって低合金鋼表面に生成する腐食物(さび)層には、鋼表面を保護し耐食性を高める働きのあることがわかっている。このような保護性さび層の機能や生成機構の詳細については未だに解明されていない点が多い。本稿ではCr及びNiを主要添加合金元素とする鋼材を用いた長期大気暴露試験によって得られたさび試料について、われわれが行った放射光XAFS実験の詳細を解説し、さび層保護機能に関して得られた知見を紹介する。また放射光白色X線を用いた回折実験によってFe-Cr, Fe-Ni合金表面の液膜腐食過程のその場観察についても詳述し、液膜中に共存するイオン種と腐食生成物との相関を示す。

論文

X-ray absorption fine structure spectra of rust layers on Fe-based binary alloys exposed to Cl-rich environment

小西 啓之; 山下 正人*; 内田 仁*; 水木 純一郎

Proceedings of 16th International Corrosion Congress (CD-ROM), 6 Pages, 2005/09

耐候性鋼保護性さび層の構造的特徴と合金元素及び塩化物イオンとの関係を明らかにするために、塩化物環境下で大気暴露した純鉄、Fe-Cr及びFe-Ni合金の表面さび層のXANESを放射光を用いて測定した。Cl K吸収端XANES測定からこれらのさび層がアカガネアイト以外の塩化物を含むことがわかったが、その塩化物の特定には至っていない。Fe K吸収端XANES測定からこれらのさび層がゲーサイト,アカガネアイト,レピドクロサイト及びマグネタイトを主成分とすることがわかった。特にFe-Ni合金のさび層中のアカガネアイトの成分比はFe-Cr合金と比べて相対的に多い。またFe-Cr合金さび層のCr K吸収端XANESスペクトルはCr添加量に依存してわずかに変化するが、Fe-Ni合金さび層のNi K吸収端XANESにはそのような傾向は見られず、Ni添加量のある範囲においてNi周辺の局所構造は変化しないことがわかる。

論文

Characterization of rust layer formed on Fe, Fe-Ni and Fe-Cr alloys exposed to Cl-rich environment by Cl and Fe K-edge XANES measurements

小西 啓之; 山下 正人*; 内田 仁*; 水木 純一郎

Materials Transactions, 46(2), p.329 - 336, 2005/02

 被引用回数:28 パーセンタイル:80.47(Materials Science, Multidisciplinary)

少量のクロムを含む従来型耐候性鋼の耐食性は、塩分飛来環境下では著しく減少する。そのため合金元素としてニッケルを添加した耐候性鋼が、塩分飛来環境下での使用に耐える新型鋼材として注目される。このような耐候性鋼の保護性さび層の構造を知る手がかりとして、宮古島で大気暴露した鉄,鉄ニッケル合金,鉄クロム合金の各試料片の表面に生成したさび層の分析を放射光を用いたCl K-XANES, Fe K-XANESによって行った。Fe K-XANESスペクトルをパターンフィッティング解析することで、さび層の主要構成成分であるゲーサイト,アカガネイト,レピドクロサイト,マグネタイトの組成比を求めることができた。いずれのさび試料についても最も組成比の高い成分はアカガネイトであり、しかもFe-Ni合金のさび中のアカガネイト組成比はFe-Cr合金さび中のそれよりも高い結果となった。一般にアカガネイトは鋼材の腐食をより進行させるということを考えると、塩分環境でより耐食性が高いはずのFe-Ni合金でさび中のアカガネイト量が多いことは意外である。両者のさび中のアカガネイトが質的に異なるものであり、Fe-Ni合金さび中のアカガネイトは腐食の進行に関与しないと考えられる。一方、さび層のCl K-XANESスペクトルは人工育成アカガネイトのそれと極めてよく似ているが、主吸収ピークの立ち上がりにアカガネイトのスペクトルにはないショルダーピークが見られることから、さび層はアカガネイト以外にも何らかの塩化物を含んでいる。幾つかの参照用塩化物試料とスペクトルを比較したが、さび中の塩化物を特定するには至っていない。しかしこのことはClが直接CrやNiなどの添加合金元素と結合していないこと、したがって金属塩化物を生成することにより添加合金元素の耐食性に関する役割を阻害するものではないことがわかる。ショルダーピークは合金元素の添加量がそれぞれある値より低いときにのみ現れており、この塩化物の生成プロセスと鋼材の腐食率との間に関連性があると考えられる。

論文

Structure analysis of cation selective Cr-goethite as protective rust of weathering steel

小西 啓之; 山下 正人*; 内田 仁*; 水木 純一郎

Materials Transactions, 46(2), p.337 - 341, 2005/02

 被引用回数:9 パーセンタイル:57.4(Materials Science, Multidisciplinary)

Cr-ゲーサイト中のCrの配位数を決定するために、人工育成Cr-ゲーサイトに対するEXAFS解析を行った。スペクトルはフォトンファクトリー(PF)の放射光を用いて測定した。フーリエ・フィルタリングを用いて最近接原子によるEXAFS振動を抽出し、カーブフィッティングで構造パラメータを求めた。その結果、(7$$pm$$1)個のO$$^{2-}$$がCrに配位していることがわかった。このことから、耐候性鋼のCr-ゲーサイト保護性さび層の最も特徴的な保護効果は、Cr$$^{3+}$$に配位するO$$^{2-}$$によってCr-ゲーサイト粒子に負の固定電荷がもたらされることで生じるものと説明できる。

論文

Difference between Cr and Ni K-edge XANES spectra of rust layers formed on Fe-based binary alloys exposed to Cl-rich environment

小西 啓之; 山下 正人*; 内田 仁*; 水木 純一郎

Materials Transactions, 46(1), p.136 - 139, 2005/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:25.85(Materials Science, Multidisciplinary)

耐候性鋼の表面に生成するさび層の保護性は、さび層の構造に関係して現れる特性である。塩分環境下でCr添加型耐候性鋼のさび層よりもNi添加型耐候性鋼のさび層が高い保護性を持つことは、それぞれのさび層中におけるCr及びNiの化学状態や局所構造などの特徴が異なることを示唆する。塩分環境下での鋼材さび層の保護性に対するCrとNiの効果の相違を説明するために、塩分環境下で大気暴露したFe-Cr及びFe-Ni合金のさび層中のCr及びNiの周辺構造を放射光を用いたXANES測定によって調べた。Cr K-edge XANES測定の結果よりFe-Cr合金のさび層中のCrの局所構造はCr添加量によって変化し、したがってその構造は不安定であり、CrまたはCrが作る分子はその周辺の原子から比較的強く相互作用を受けると考えられる。一方、Fe-Ni合金のさび層のNi K-edge XANES測定から、Niがさび層構成物質の結晶構造の中の特定の位置を占有しており、このためCl$$^{-}$$イオンなどの影響をNiはほとんど受けず、保護性さび層形成にかかわる役割を阻害されないと考えられる。

論文

Cl K-edge XANES spectra of atmospheric rust on Fe, Fe-Cr and Fe-Ni alloys exposed to saline environment

小西 啓之; 山下 正人*; 内田 仁*; 水木 純一郎

Materials Transactions, 45(12), p.3356 - 3359, 2004/12

 被引用回数:9 パーセンタイル:50.69(Materials Science, Multidisciplinary)

耐候性鋼中の添加合金元素であるNiやCr、環境中の腐食イオンであるClが耐候性鋼の耐食性に及ぼす働きを調べるために、飛来塩分量の多い試験場で大気暴露した純Fe,Fe-Ni合金,Fe-Cr合金から表面さび層を採取し、そのCl K吸収端XANESを放射光を用いて測定した。二元合金表面のさびのXANESスペクトルには吸収端近傍にショルダーピークが現れる。現時点でこのピークに対応した塩化物は特定できていない。そのピーク強度は暴露試験材中の合金元素の種類と量に依存するが、ピーク位置は一定であった。このことからさび中のClイオンは添加合金元素と直接結合しているのではないことがわかった。

論文

SIMS analyses of SiO$$_{2}$$/4H-SiC(0001) interface

山下 健也*; 北畠 真*; 楠本 修*; 高橋 邦匡*; 内田 正男*; Miyanaga, Ryoko*; 伊藤 久義; 吉川 正人

Materials Science Forum, 389-393, p.1037 - 1040, 2002/00

 被引用回数:3 パーセンタイル:16.14(Materials Science, Multidisciplinary)

高温酸素中で炭化ケイ素(SiC)表面に酸化膜(SiO$$_{2}$$)を作製すると、酸化膜と炭化ケイ素の界面(SiO$$_{2}$$/SiC界面)には、界面中間層と呼ばれる酸化膜でも炭化ケイ素でもない層が形成されることが知られている。この層には炭素が多量に存在しており、MOS構造を形成したときの界面準位発生の原因になっていると考えられている。今回の発表では、水素燃焼酸化法を用いて4H-SiC表面に作製した酸化膜に水蒸気アニーリングを施した試料と施さない試料について、それぞれの酸化膜中の炭素濃度を二次イオン質量分析(SIMS)法によって分析し、炭素の酸化膜内部の深さ方向分布を調べた。その結果、水蒸気アニーリングを施した試料からは多量の炭素が検出されたが、施さなかった試料からは検出されなかった。このことから、酸化によって発生した界面中間層の内部に存在する炭素が、水蒸気アニーリングによって酸化され、酸化膜内部に再分布する可能性が示唆された。

論文

Structural analysis of corrosion product of Fe-Cr alloy film using synchrotron radiation

山下 正人*; 小西 啓之; 高橋 正光; 水木 純一郎; 内田 仁*

Materials Science Research International, Special Technical Publication, 1, p.398 - 401, 2001/05

耐候性低合金鋼のさび層は大気腐食に対して強い保護機能を有する。鉄鋼のさび層を制御するには、さびの詳細な構造及びそれと防食性との関係を知ることが重要である。特にさび層に含まれる合金元素の原子位置は直接さび層の構造と特性を制御していると考えられる。本研究ではFe-Cr合金蒸着膜を硫酸水溶液液膜下で腐食させて得られる生成物について、その局所構造を調べた。メスバウアー分光法及び放射光斜入射X線回折法の結果は、腐食生成物が$$gamma$$-FeOOHと超微細ゲーサイト($$alpha$$-FeOOH)とから成ることを示している。EXAFS実験より少なくともゲーサイト中にはFe-Cr合金からのCrが存在することがわかった。Feサイトを置換したCrがゲーサイトの結晶粒径を微細化する一方、Fe-O-OH八面対の間に侵入して存在するCrがさび層にイオン選択性を与え、保護機能を増加させていると考えられる。

報告書

高速実験炉「常陽」一次ナトリウム純化系コールドトラップ線量率測定試験報告書

中村 正人*; 野口 浩二*; 相川 幸司*; 伊藤 芳雄*; 郡司 泰明*; 小沢 健二*; 山下 芳興*

PNC TN9410 89-084, 61 Pages, 1989/03

PNC-TN9410-89-084.pdf:1.43MB

コールドトラップの表面線量率及び,放射性核種の分布とその推移から酸素不純物捕獲分布を把握することを目的に,第6回及び第7回定期検査時にコールドトラップの線量率測定試験を実施した。測定結果以下の知見が得られた。1)新型コールドトラップの表面線量率は,第6回定期検査時に比べ第7回定期検査時には約2倍に上昇していたが,その分布状況はほぼ同じ傾向であった。2)放射性核種測定試験の結果炭素60,マンガン54,ナトリウム22,アンチモン124が検出された。3)旧コールドトラップの炭素60の分布は,旧コールドトラップのモックアップであるCT―4B1号機の解体検査で得られた酸素不純物捕獲分布と同じ様な分布であった。このことから旧コールドトラップでは,炭素60の分布と酸素不純物捕獲分布は同じであったと推察される。4)酸素不純物がメッシュ部全体に均一に捕獲される様に設計された,新型コールドトラップのメッシュ部における炭素60の分布はほぼ均一であった。このことから,新型コールドトラップにおいても,炭素60の分布と酸素不純物捕獲分布に相関関係があるとした場合,新型コールドトラップは,初期の性能を発揮し酸素不純物が均一に捕獲されていることが確認出来た。

報告書

氷粒ブラスト装置の設計研究

清水 信*; 木室 晴視*; 綾部 統夫*; 河野 保昌*; 宮原 修二*; 山下 三郎*; 金沢 和夫*; 林 三雄*; 吉崎 正人*

PNC TJ118 83-05VOL2, 222 Pages, 1984/03

PNC-TJ118-83-05VOL2.pdf:14.66MB

氷粒プラスト法についてプラスト性能ならびに適用性についての試験検討を行い,これをもとに氷粒プラスト装置の概念設計を実施した。除染性能に関しては,性能に影響を及ぼすと考えられるプラスト圧力,氷/ドライアイス混合比等をパラメータとして模擬試験片への投射実験を実施し最適プラスト条件の把握を行うと同時に除染機構の推定を行った。氷粒プラスト装置を$$alpha$$除染セルならびにグローブボックスへの適用性の調査を行うと共に剥離物の廃棄物処理系への移行量について実験にて確認を行った。又投射時に氷粒プラスト装置が発する騒音について調査を行い騒音の低減化について検討を行った。以上の調査検討に装置上の検討を加え$$alpha$$除染セルに設置する氷粒プラスト装置の概念設計を実施した。

報告書

氷粒ブラスト装置の設計研究; 昭和58年度

清水 信*; 木室 晴視*; 綾部 統夫*; 河野 保昌*; 宮原 修二*; 山下 三郎*; 金沢 和夫*; 林 三雄*; 吉崎 正人*

PNC TJ118 83-05VOL1, 42 Pages, 1984/03

PNC-TJ118-83-05VOL1.pdf:1.06MB

氷粒ブラスト法について,ブラスト性能ならびに適用性についての試験検討を行い,これをもとに氷粒ブラスト装置の概念設計を実施した。除染性能に関しては,性能に影響を及ぼすと考えられるブラスト圧力,氷/ドライアイス混合比等をパラメータとして模擬試験片への投射実験を実施し,最適ブラスト条件の把握を行うと同時に除染機構の推定を行った。氷粒ブラスト装置をアルファ除染セルならびにグロ沍プボックスへの適用性の調査を行うと共に,剥離物の廃棄物処理系への移行量について実験にて確認を行った。又投射時に氷粒ブラスト装置が発する騒音について調査を行い騒音の低減化について検討を行った。以上の調査検討に装置上の検討を加えアルファ除染セルに設置する氷粒ブラスト装置の概念設計を実施した。

口頭

鉄腐食過程のXAFSによるその場観察の試み

小森 大輔*; 山下 正人*; 小西 啓之; 花木 聡*; 内田 仁*; 水木 純一郎

no journal, , 

鉄箔をNaCl水溶液中に浸漬し、乾湿繰り返しを行いながら、X線吸収微細構造(XAFS)解析を行うことを試みた。その結果、腐食が進むにつれてXAFSスペクトルにわずかながら変化が見られ、鉄の腐食量を見積もることにより、腐食生成物の生成プロセスを観察できる可能性が見いだせた。

口頭

Fe-Ni合金の塩分飛来環境下大気腐食さびのXAFS解析

小西 啓之; 山下 正人*; 森本 淳一*; 内田 仁*; 水木 純一郎

no journal, , 

鉄鋼材料表面に生成する大気腐食さび層は種々の腐食生成物を含み、その組成比,構造はさび層の保護機能に関与する。そのため、さび層構成物質の組成比からさび層の保護性を評価する方法が提案されている。われわれはXANESスペクトルからさび層組成比を求め、鋼材の組成や腐食環境・期間によって相違があるかどうかを調査した。実験試料にはFe-Ni二元合金屋外大気暴露試験片(Fe-3%Ni, Fe-5%Ni, Fe-9%Niなど)の表面の腐食生成物を採集し、微粉末化して用いた。大気暴露試験は宮古島,銚子,つくばなど飛来塩分量の異なる場所で半年$$sim$$3年にわたって行われている。実験結果より、(1)腐食の初期ではNi含有量によらずさび層の組成はほぼ一定である、(2)Ni含有量が少ないときは大気暴露期間による組成比の変化はなく、(3)Ni含有量が多いほど組成比が大きく変化する、ことがわかった。またさび層の主成分は$$beta$$-FeOOHであった。

口頭

316FR鋼溶接継手試験片内の冶金的不連続と応力再配分を考慮したクリープ疲労評価

押切 正人*; 久保 幸士*; 安藤 勝訓; 山下 勇人

no journal, , 

本研究では、溶接部のクリープ疲労評価法の確立を目的に、316FR鋼溶接継手試験片を模擬した3要素モデルを用いて、冶金的不連続性による応力並びにひずみの分布、そして、これらの再配分挙動を考慮した破損寿命評価法を提案する。また、材料試験片の解析に基づき提案する評価法を大型構造物の溶接継手に適用する保守性の検証として、変形抵抗の大きい部分の試験片平行部に占める割合がひずみ集中に及ぼす影響の確認等を行った。

口頭

改良9Cr-1Mo鋼溶接継手試験片内の冶金的不連続と応力再配分を考慮したクリープ疲労評価

押切 正人*; 久保 幸士*; 安藤 勝訓; 山下 勇人

no journal, , 

本研究では、溶接部のクリープ疲労評価法の確立を目的に、改良9Cr-1Mo鋼溶接継手試験片を模擬した3要素モデルを用いて、冶金的不連続性による応力並びにひずみの分布、そして、これらの再配分挙動を考慮したクリープ疲労損傷評価手法について検討した。また、検討の保守性の検証として、変位制御保持とひずみ制御保持によるクリープ損傷係数の比較を行い変位制御保持による検討が保守的であることを示した。

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