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

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

https://doi.org/10.3323/jcorr.71.133

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。

膜厚制御された液膜下における炭素鋼の電気化学挙動

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

https://doi.org/10.3323/jcorr.71.121

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3.2010 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。

気液交番環境の炭素鋼の腐食速度に及ぼす酸素濃度の影響

大谷 恭平; 上野 文義; 加藤 千明

材料と環境, 71(2), p.40 - 45, 2022/02

本研究では、福島第一原子力発電所のPCV内部において確認されている気液交番環境における炭素鋼の腐食速度に及ぼす気中酸素濃度の影響を低酸素濃度の範囲で調査した。調査結果より、腐食速度は気中酸素濃度が増大するに伴って増加するが腐食速度の勾配は徐々に減少すること、最大侵食深さは気中酸素濃度が1%の場合を除いて気中酸素濃度が増加するに伴って増大するが気中酸素濃度が1%の最大侵食深さは5%の場合よりも大きいことを見出した。

Analysis for the mechanism of accelerated corrosion on low alloy steel in air-solution alternating condition

大谷 恭平; 塚田 隆; 上野 文義

Materials Transactions, 62(6), p.763 - 769, 2021/06

https://doi.org/10.2320/matertrans.C-M2021816

本研究では、低合金鋼上に気液交番環境下で形成された鉄さび層を、断面観察および分析により調査し、気液交番環境下での低合金鋼の腐食加速機構を明らかにした。断面観察および分析より、赤さび層(FeOOH),クラスト層(FeO),内部結晶(FeO)、および内部鉄さび層からなる多層の鉄さび層が低合金鋼上に形成されたことがわかった。この多層鉄さび層が酸素の還元反応を加速したことにより、低合金鋼の腐食速度が加速されたと考えられる。

Hydrogen absorption mechanism into iron in aqueous solution including metal cations by laser ablation tests and first-principles calculations

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

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-065

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。

Auger electron spectroscopic analysis of corrosion products formed on A3003 aluminum alloy in model fresh water with different Zn 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

https://doi.org/10.1002/sia.6615

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。

固液二相流中の金属材料の損傷および腐食に関する調査報告書

大谷 恭平; 佐藤 智徳; 加治 芳行; 山本 正弘

JAEA-Review 2019-007, 15 Pages, 2019/06

JAEA-Review-2019-007.pdf:2.35MB

液体固体粒子を含んだ流体による流れ(固液二相流)を取り扱う配管などの構成材料は、固液二相流中の固体粒子の衝突によってエロージョンと呼ばれる損傷が生じる。固液二相流の液体が腐食性溶液である場合、溶液は更に化学的に作用してエロージョン・コロージョンと呼ばれる損傷が生じる。福島第一原子力発電所(1F)の廃炉作業で実施が予定されているデブリ取り出し作業の際には、破砕されたデブリ微粒子による循環冷却ラインの配管の損傷が懸念される。そのため、固液二相流における金属材料のエロージョンおよびエロージョン・コロージョンに関する文献調査を実施した。文献調査結果より、1Fのデブリ取り出し時に設置される冷却系配管の材料についてはクロムを含む鋼材や耐食性の高いステンレス鋼の使用が望ましいと考えられる。また、エロージョン・コロージョンの解析では、誤った条件や曖昧な条件で試験を実施すると金属材料の損傷速度の変化に影響する因子が適格に判別できず、事実と異なる認識をしてしまう危険性があることも分かった。このため、1Fのデブリ取り出し時において発生すると予測される粉砕微粒子が配管等の機器材料に与える影響を正確に評価するためには、金属材料の損傷速度に大きく影響を与える環境条件や1F特有の放射線によるラジオリシス等の因子を考慮した上で試験を行う必要がある。

Corrosion inhibition effects of metal cations on SUS304 in 0.5 M Cl aqueous solution

Islam, M. S.*; 大谷 恭平; 坂入 正敏*

Corrosion Science, 140, p.8 - 17, 2018/08

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2018.06.028

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。

気液交番環境で形成する鉄さび層の構造解析

大谷 恭平; 塚田 隆; 上野 文義

no journal, , 

既報では福島第一原子力発電所の格納容器内部を模擬した気液交番環境で炭素鋼の腐食速度は常時水中の場合より3倍以上速いことを明らかにした。本発表では、気液交番環境中で鋼材表面に形成させた鉄さび層の構造を断面観察および分析により解析し、気液交番環境における鋼の腐食加速機構について報告する。浸漬試験後の試験片断面写真より、鉄さびの厚さは約500um以上で、最外層に光顕では橙色のさび層が、その下部には密なさび層が確認できる。顕微ラマン分光分析より、外側の橙色の層は-FeOOHで、密な層はFeOであることがわかった。すなわち、鉄さび層の最外部では最初に-FeOOHが形成し、その後FeOへのカソード還元が生じたと考えられる。素地Fe/鉄さび界面では局部的な腐食が生じており、その界面付近にはClの濃縮が確認された。すなわち、さび層下部では塩化物イオンの濃縮により、再不動態化が阻害されて鉄のアノード溶解反応が促進されたと考えられる。以上より、気液交番環境では鉄さび層上部でカソード反応が下部ではアノード反応が促進されることで電気化学反応が相乗的に加速され、腐食速度は全浸漬回転の条件より速くなったと推察する。

Role of zinc ion on corrosion of metals in aqueous solution

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。