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論文

Development of container using plasma sprayed and laser treated material for sulfuric acid decomposition of thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭

Proceedings of 27th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-27) (Internet), 5 Pages, 2019/05

熱化学水素製造法ISプロセスは、大規模水素製造法の候補の一つとして研究開発が進められている。ISプロセスの硫酸を蒸発・ガス化し、熱分解する工程の腐食環境は過酷であり、その環境に耐える機器材料にはセラミックスが用いられている。本研究では、脆性材料であるセラミックスを代替し得る、表面改質技術を用いて耐硫酸性と延性を兼ね備えるハイブリッド材料の開発を狙いとしている。プラズマ溶射技術とレーザー溶融処理技術の組み合わせより試作したハイブリッド材料試験片は、95%沸騰硫酸中で十分な耐食性を示した。これは、表面に形成させた高Si濃度の耐食層が硫酸環境で酸化し、接液面にSiO$$_{2}$$層が生成したためと考えられる。さらに、本技術による容器の製作性を確認するため、溶接部,面取り部,曲面の容器形状要素を有する容器状構造体を試作したところ、表面に形成させた耐食層に剥離等の欠陥は認められなかった。

論文

鉄-シリコン合金の沸騰硫酸中耐食試験

井岡 郁夫; 小貫 薫; 二川 正敏; 栗木 良郎*; 名越 正泰*; 中島 隼人; 清水 三郎

硫酸と工業, 52(4), p.1 - 6, 1999/04

95wt%硫酸及び50wt%硫酸の沸騰環境におけるFe-Si合金の腐食挙動を調べた。合金の耐食性は、硫酸組成に応じて特定のSi含有量にて急変した。合金を不動態化するために必要な臨界組成は、95wt%硫酸では9-10%Si,50wt%硫酸では12-15%Siの範囲に存在する。耐食性合金表面に形成される酸化皮膜をオージェ分光及びX線回折により調べた結果、皮膜は非晶質のSiO$$_{2}$$から成り、酸化性の95wt%硫酸中で生成する場合はSを含み、還元性の50wt%硫酸中で生成する場合はSを含まないことが判明した。皮膜成長速度は、母材のSi含有量と硫酸濃度に大きく依存した。

論文

沸騰硫酸中における鉄-シリコン合金の耐食性と表面皮膜の性状

井岡 郁夫; 森 順二*; 加藤 千明; 二川 正敏; 小貫 薫

日本金属学会誌, 63(5), p.609 - 612, 1999/00

高シリコン鋳鉄は、硫酸中で良好な耐食性を示す。耐食性の発現機構を調べるため、沸騰硫酸下で生成したFe-Si合金の耐食皮膜の特性を調べた。試験片は、Fe-20%Si合金を用い、50%及び95%の沸騰硫酸に浸せきした。50%硫酸の皮膜表面は金属光沢を、95%硫酸では金属光沢のない黒褐色を示した。オージェ電子分光法により、皮膜の組成は50%硫酸ではSiとO、95%硫酸ではSi,O,Sから成ることがわかった。皮膜の生成速度は、95%硫酸の方が50%硫酸より一桁程度速かった。また、X線光電子分光法により50%硫酸の皮膜はSiO$$_{2}$$であり、95%硫酸の皮膜はSiO$$_{2}$$とSiOであることがわかった。95%硫酸の皮膜中のSは分子状のままで存在する硫酸分子のSへの還元反応により生成されたもの、被膜の生成速度の違いは被膜自体の緻密さによるものと考えられる。

口頭

遠心鋳造Fe-高Si合金ライニング管の特性評価

井岡 郁夫; 栗木 良郎*

no journal, , 

原子力機構では、高温ガス炉の利用系として水素を製造する熱化学水素製造法(ISプロセス)の研究開発を進めている。ISプロセスには、濃硫酸を沸騰させて分解する過酷な腐食環境が含まれている。この腐食環境で十分な耐食性を有する材料としては、Fe-高Si合金とSiCの2種類の脆性材料が報告されている。延性のある炭素鋼の内側に耐沸騰硫酸用のFe-高Si合金を遠心鋳造によりライニングした2層管を作製し、その特性評価を実施した。Fe-高Si合金ライニング部は、沸騰硫酸中でも十分な耐食性を示した。Fe/Fe-高Si合金界面の評価として、熱サイクル試験(100$$^{circ}$$C-900$$^{circ}$$C)を実施し、界面はく離はなく、十分な界面強度を有することを確認した。

口頭

Development of hybrid material using plasma spraying and laser treatment for thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之

no journal, , 

熱化学水素製造法(ISプロセス)は、ブンセン反応とヨウ化水素、硫酸の熱分解からなる。この3つの反応を組み合わせて、水から水素を製造する。構造材料は、酸の熱分解は高温、高酸化性の厳しい環境に曝される。この腐食環境で十分な耐食性を有する材料としては、Fe-高Si合金, SiC, Si1$$_{3}$$N$$_{4}$$の脆性材料のみが報告されているが、脆性材料を構造材として単独で使うことは困難である。そこで、耐硫酸性と延性をもつハイブリッド材料の開発を進めている。本研究では、プラズマ溶射とレーザー処理により作製したハイブリッド材料について、腐食試験を行った。腐食試験後、表面の割れ状態に着目して、断面観察を光顕及びSEM/EDXにより実施した。表面層にはクラックが確認されたが、クラック先端の腐食は認められなかった。腐食速度は0.5mm/yであり、47%沸騰硫酸中でもハイブリッド材料が耐食性を有することを確認した。

口頭

熱化学水素製造用表面処理材料の耐食性に及ぼす後熱処理の効果

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭

no journal, , 

熱化学水素製造法(ISプロセス)用の耐硫酸性ハイブリッド材料の開発を進めている。プラズマ溶射とレーザー処理により表面処理した材料の耐食性を高めるため、表面処理に熱処理を施した。熱処理材の47%沸騰硫酸中での腐食速度は低下し、熱処理が表面処理材の耐食性向上に有効であることを確認した。

口頭

熱処理による耐硫酸用プラズマ溶射レーザー処理材料の耐食性の改善

井岡 郁夫; 栗木 良郎*; 岩月 仁; 久保 真治; 稲垣 嘉之; 坂場 成昭

no journal, , 

熱化学水素製造法(ISプロセス)は、大規模水素製造方法の有力な候補の一つである。ISプロセスには、硫酸を熱分解する厳しい環境が含まれている。ISプロセスの実用化を目指して、耐硫酸性と延性をもつハイブリッド材料の開発を進めている。プラズマ溶射とレーザー処理により作製したハイブリッド材料は、95%沸騰硫酸中で十分な耐食性を有したが、47%沸騰硫酸中では腐食速度が50倍程度増加した。この原因は、表面の割れが十分に封止されなかったためと考えられる。47%沸騰硫酸中での耐食性を高めるため、ハイブリッド材料に大気中800$$^{circ}$$C, 900$$^{circ}$$Cでの酸化処理を施した。酸化処理材の47%沸騰硫酸中で300時間までの浸漬試験を実施した。腐食速度は一桁程度低下し、本酸化処理がハイブリッド材料の耐食性向上に有効であることを確認した。腐食試験後の酸化処理材の断面SEM/EDX観察等により、耐食性改善のメカニズム及び長期健全性について表面割れの自己修復の観点から検討した。

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