高位置分解水素モニタリングによる鉄鋼材料への水素侵入機構の解明

通过高位分解氢监测阐明氢侵入钢材的机理

基本信息

  • 批准号:
    21H01665
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.48万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究の目的は、エレクトロクロミック特性を有する酸化物薄膜(例としてWO3)を用いた材料中の水素分布の高位置分解可視化モニタリングシステムを確立すること、そしてこの水素検出システムを用いて、鋼材への水素侵入に及ぼす材料因子、腐食因子の影響を解明することである。その目的を達成するため、本モニタリングシステムの課題である位置分解能や応答性、検出感度の向上に取り組んだ。これまで代表的なエレクトロクロミック材料としてWO3を使用してきたが、Tiなどのさまざまな酸化物薄膜でも水素が侵入すると色調が変化することが明らかとなり、いくつかの酸化物ではWO3よりも高い水素応答性や検出感度を有することが分かった。感度の高い電流計測による水素検出(電気化学的水素透過法)と同等の水素応答性を有する、水素検出用酸化物薄膜を見出すことができた。酸化物の違いによって水素検出が応答性が異なる原因について、固体化学的なアプローチから解析を進めており、今後の水素検出用の酸化物の選択において指針を見出したいと考えている。また、腐食環境での水素侵入モニタリングに本手法を適用し、鉄鋼材料の腐食過程における水素の検出を試みた。炭素鋼試験片における塩化物イオンを含む水溶液中での自然浸漬状態での腐食や、乾湿繰り返し環境での腐食に伴う水素侵入の分布計測に成功した。本手法での水素の検出には、鋼と水素検出用の酸化物薄膜の間にPd中間層が不可欠であり、前年度にはこのPd中間層の最適化に取り組み、めっき法による成膜が有望であることを示した。一方で、めっき法では膜厚のばらつきが水素の分布検出で大きな問題となることが避けられないことが明らかとなり、スパッタ法によるPdの成膜が適切であることが分かった。
本研究的目的是利用具有电致变色特性的氧化物薄膜(例如WO3)建立材料中氢分布的高分辨率可视化监测系统,并利用该氢检测系统来阐明材料因素和腐蚀因素对氢侵入的影响。为了实现这一目标,我们致力于提高该监控系统的位置分辨率、响应能力和检测灵敏度。迄今为止,WO3一直被用作典型的电致变色材料,但已经清楚的是,当氢进入各种氧化物(例如Ti)的薄膜时色调会发生变化,并且发现某些氧化物具有比WO3更高的氢响应。具有良好的灵敏度和检测灵敏度。我们发现了一种氢检测用氧化物薄膜,其氢响应能力与使用高灵敏度电流测量(电化学氢渗透法)进行氢检测相当。我们正在使用固态化学方法来分析氢检测响应性因氧化物类型而异的原因,并希望为未来选择用于氢检测的氧化物找到指导方针。我们还将该方法应用于腐蚀环境下的氢侵入监测,尝试检测钢铁材料腐蚀过程中的氢。我们成功地测量了碳钢试样在自然浸泡在含有氯离子的水溶液中时的腐蚀分布,以及在反复潮湿和干燥条件的环境中与腐蚀相关的氢侵入。为了使用这种方法检测氢,在钢和用于氢检测的氧化物薄膜之间必须有一个Pd中间层,去年我们致力于优化这个Pd中间层,发现可以使用一种电镀方法显示出前景。另一方面,已经清楚的是,镀覆方法造成的膜厚变化不可避免地会成为检测氢分布的主要问题,并且已经发现通过溅射形成Pd膜是合适的。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
WO3薄膜を用いた水素検出技術による腐食過程で鋼材へ侵入した水素の可視化
利用 WO3 薄膜氢检测技术,可视化在腐蚀过程中进入钢铁材料的氢
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    南部智憲;小俣香織;湯川宏;佐藤勝俊;永岡勝俊;松本佳久;菅原優
  • 通讯作者:
    菅原優
プラズマ窒化処理を施したSCM435鋼の水素透過挙動
等离子渗氮处理SCM435钢的氢渗透行为
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    菅原優;加藤優
  • 通讯作者:
    加藤優
腐食反応に伴う鉄鋼材料への水素侵入と新規水素可視化技術
腐蚀反应引起的氢侵入钢铁材料及新型氢可视化技术
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    K. Takenaka;S. Toko;Y. Setsuhara;菅原優
  • 通讯作者:
    菅原優
鋼材へ侵入した水素のWO3薄膜を用いた新規可視化技術
利用 WO3 薄膜实现氢渗入钢铁材料的新型可视化技术
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    乾 晴行;岸田恭輔;李 楽;陳 正昊;佐伯知哉,江川峻脩,金野泰幸,佃市三,福井清,四宮徳章,坪井瑞記;岩本知広;菅原優
  • 通讯作者:
    菅原優
鋼材へ侵入した水素の酸化物薄膜による検出技術における応答性の向上
利用薄氧化膜提高钢铁材料氢渗入检测技术的响应度
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    菅原優;野崎翔吾;佐藤翼
  • 通讯作者:
    佐藤翼
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
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  • 作者:
    千葉 亜耶;武藤 泉;菅原 優;原 信義;洲崎雄・香月稚子・宮竹貴久・岡田泰和・岡田賢祐
  • 通讯作者:
    洲崎雄・香月稚子・宮竹貴久・岡田泰和・岡田賢祐
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等离子渗氮处理抑制硫酸中氢向纯铁的渗透
  • DOI:
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    菅原 優;工藤知央;武藤 泉;原 信義
  • 通讯作者:
    原 信義
アプリ「減災教室」を用いた非専門家による防災・減災の行動促進
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    0
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  • 通讯作者:
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    $ 11.48万
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