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研究内容

Keywords

腐食防食,高酸素腐食, 表面処理, 不働態皮膜, 亜鉛めっき, コンクリート腐食, 水素侵入, 水素脆化

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

書籍
会議録
その他の文献

所属学会

日本金属学会, 腐食防食学会, 土木学会, 日本鉄鋼協会, 日本ばね学会

受賞履歴

  • 腐食防食学会 進歩賞 (2023)
  • スガウェザリング技術振興財団 科学技術奨励賞 (2023)
  • NIMS理事長賞 進歩賞 (2020)
  • 日本金属学会 奨励賞 (2019)
  • 日本ばね学会 論文賞 (2017)

外部資金獲得履歴

  • 令和5年度アルミニウム研究助成事業 7000系Al合金の不働態皮膜の力学的損傷に伴う腐食と水素侵入 (2023)
  • 軽金属奨学会 研究補助金 卑な軽⾦属のための電気化学的⽔素透過試験法の開発 (2022)
  • 科研費 基盤研究(C) 高酸素腐食促進試験法を用いた亜鉛めっき鉄筋の長期腐食進行メカニズムの解明 (2021)
  • スガウェザリング技術振興財団 研究助成 高酸素腐食促進試験法の不働態化金属への適用 (2021)
  • 科研費 若手研究 メカノケミカル環境におけるコンクリート中鋼材腐食の電気化学的評価解析手法の確立 (2019)
  • 卓越研究員事業 力学的化学的複合環境における構造材料の劣化予測を目指したメカノケミカル腐食センサの開発 (2018)
  • 科研費 若手研究(B) 急速ひずみ電極試験法を用いた鉄筋腐食メカニズムの解明と新加速試験への応用 (2017)
構造材料研究センター
タイトル

高酸素反応促進技術による金属材料の腐食・防食研究

キーワード

腐食,金属材料,酸素還元,コンクリート,表面処理

概要

腐食反応は、金属の溶解(アノード反応)と酸素還元(カソード反応)のカップリングである。従来の腐食加速試験法はアノード反応のみを促進しており、カソード反応に関しては着目されていなかった。本研究では、加圧酸素の供給(溶存酸素濃度の増加)により、金属表面のカソード反応を促進させ、腐食および腐食と同機構で進行する電気化学反応を加速させる新たな技術(高酸素反応促進技術)を開発した。本技術により、腐食加速による金属材料の腐食メカニズムの迅速な解明、耐食被膜の加速成長による高耐食化などが可能となった。

新規性・独創性

アノード、カソード両反応の促進による自然な反応加速
実環境では数十年かかるコンクリート中鉄筋の迅速な腐食評価
裸の亜鉛よりも10倍以上の耐食性を発揮する耐食表面の加速創製
従来の腐食加速試験との融合によりさらなる腐食加速が可能(電食、乾湿繰返しなど)

内容

image

高酸素反応促進技術では、耐圧ガスチャンバー内に供試体(金属サンプルや金属を埋め込んだモルタルなど)を設置し、外部から高圧の酸素ガスを供給する。これにより金属表面と接する水溶液中の溶存酸素濃度が増加し、酸素還元反応(カソード反応)が促進される。金属の溶解(アノード反応)はもともとカソード反応により律速されているため、カソード反応の促進により反応全体が促進される。本技術を利用して、通常の酸素圧下では数年の期間が必要であったコンクリート埋設鋼材の腐食加速を可能とした。特に、普通鉄筋の表面に形成する熱い酸化皮膜(黒皮)に注目し、高酸素反応促進技術を用いて黒皮が鉄筋の耐食性を低下させることや黒皮の欠陥が鉄筋腐食の起点となることを明らかにした。最近では本技術を表面処理に応用し、裸の亜鉛と比較して10倍以上の耐食性を発揮する亜鉛の耐食被膜の加速創製にも成功している。これは亜鉛の耐食被膜の生成メカニズムが腐食と同じくカソード反応により律速されていることを利用したものである。

まとめ

カソード反応の促進により反応全体を加速させる高酸素反応技術を開発した。本技術により、低速で進行するコンクリート中鋼材などの迅速な腐食メカニズムの検討が可能となった。また、同技術を用いて亜鉛の耐食被膜の加速創製にも成功した。加圧酸素を用いる本技術は、設備導入やコスト面に課題があるため、今後は常圧酸素や酸化剤の使用による簡便・低コスト・高効率な技術への展開を目指す。

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