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銅を合金化することでさびが抑制されるメカニズムを解明 JAEAらの研究

 金属のさびを抑制することは産業において必要不可欠な技術であり、そのためにより詳細なさび発生のメカニズム解明が望まれている。特に銅材料は、半導体や電子機器、電線、建築材料など用途が多岐にわたるため、より腐食に強いことが求められている。日本原子力研究開発機構(JAEA)および大阪大学の共同研究グループは19日、銅を合金化することで、さびを抑制できたことを発表した。また、銅合金表面でさびが発生する過程についても明らかになり、新たな材料設計の指針が得られたとしている。

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 共同研究グループは銅にパラジウムまたは白金を混ぜ合わせて合金化することで、さびを抑制することを試みた。パラジウムと白金は銅よりも反応性が高い元素であるため、純粋な銅よりもさびの発生がしやすいと想定されてきた。だが実際には、それらの金属が銅表面に保護膜を形成することで、さびの発生が抑制されることが明らかになったという。

 銅合金の表面では、酸素はパラジウムや白金とは反応せず、銅のみと反応することが測定によって判明。反応しなかったパラジウムや白金は、最表面の銅酸化物の下に溜まり、保護膜を形成することも観測された。

 その結果、さびである銅酸化物は表面のみに形成され合金の内部には拡散せず、さびの発生が抑制されると考えられる。特に照射する酸素分子の量を増加させたときに、銅合金の銅酸化物の生成量は、純粋な銅よりも大幅に少ないことも確認されている。

 また、純粋な銅と銅合金とでは表面に生成する酸化銅の組成が異なることも判明した。これは、パラジウムや白金の保護層で内部への成長が妨げられた酸化銅が、より集中的に酸化したことが原因と推測されている。このような表面反応の知見は新規の金属酸化物触媒の合成などにも応用が期待される。

 今回の研究で解明された、合金化によるさびの抑制メカニズムは銅以外の金属においても成り立つ可能性が高い。したがって、この結果をもとに様々な耐酸化材料の開発が進むことが期待される。

 今回の研究成果は15日付の「Scientific Reports」誌オンライン版に掲載されている。


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