アルミニウムの表面処理に関する基礎的研究
メタデータ

言語: Japanese
出版者:
公開日: 2014-12-04
キーワード (Ja):
キーワード (En):作成者: 蘇, 蓓蓓
メールアドレス:
所属:URLhttps://doi.org/10.15118/00005121

氏

名

学 位 論 文 題 目論 文 審 査 委 員すう

べいべい蘇蓓蓓

アルミニウムの表面処理に関する基礎的研究
主査

教授

世利修

美教授

河合秀

樹准教授

境昌宏

論文内容の要旨
本研究では，電気化学の基礎的な観点に立脚して，アルミニウムの表面処理によく使用されている硝酸，リン酸水溶液中のアルミニウムの腐食 挙動の解析を試みた。
分極曲線の解析手法の１つとして提案されている微分分極法（ DifferentialPolarization Method）をアルミニウムの溶解挙動に適用し，その有効性を調べ，腐食速度や電気化学的な パラメーターを求めた 。硝酸（HNO 3 ）水溶液中の Al 1050 試片の溶解反応は，速い系に属していた。微分分極法から得られる腐食電流密度はおよそ 0.29mA cm −2 となり，腐食重量から換算された値 0.25 mA cm −2 とほぼ一致した。
リン酸（H 3 PO 4 ）水溶液（室温）中のアルミニウムの腐食系のカソード半反応は 非可逆系に属し，水素イオンの還元反応の律速素反応の透過係数 β はおよそ 0.5 で電荷移動数 n は 1 が得られた。微分分極法から得られた腐食速度はおよそ 0.03mA cm −2となり，この値は重量減 少 か ら 換 算さ れ た 腐食 速 度 0.04 mA cm −2 に ほ ぼ 一 致 し た 。
次に，液温を変えた（液温 303 K，313 K，323 K，333 K）リン酸水溶液中の アルミニウムの分極抵抗~電流密度曲線を解析した 。液温 303 K，313 K にお いて水素イオンの還元反応の律速素反応式は H + +e − →H ad と推測された。微分分極法より算出された腐食速度はそれぞれ約 0.28 mA cm −2 ，0.30 mA cm −2 で，実測した腐食量の電流密度換算値の 0.30 mA cm −2 ，0.33 mA cm −2 と近い 値を示した。液温 323 K，333 K でのアルミニウムの溶解反応では，硝酸水溶液中の アルミニウムの溶解反応の様に速い系に属していた。腐食電流密度の理論値はそれぞれ 0.3 mA cm −2 ，0.8 mA cm− 2 が得られた。硝酸水溶液中とリン酸水溶液中，または液温を変えたリン酸水溶液中でのアルミニウムの腐食速度を微分分極法を用いて推定できることを示した 。

ABSTRACT
Attempts have been made to clarify polarization behavior and to estimate
corrosion rates and electrochemical parameters of aluminum and its alloys innitric acid (HNO 3 ) solution and phosphoric acid (H 3 PO 4 ) solution which are often
used in the surface treatment of aluminum. The electrochemical parameters andcorrosion rates were calculated by using the differential polarization method(DPM). It is shown that the dissolution of aluminum 1050 in nitric acid solution
behaves in the fast system. The corrosion rate of 0.25 mA cm − 2 obtained from thecorrosion mass loss roughly corresponded to the corrosion current density of
0.29 mA cm − 2 calculated by DPM. The cathode reaction of aluminum dissolution
in phosphoric acid solution (298 K) behaves in the irreversible form. Transfer
coefficient of rate-determining step for hydrogen ion reduction reaction is 0.5.
The number of the charge transfer is 1.

The current density calculated by DPM

is 0.03 mA cm −2 , which roughly coincided with the corrosion rate of 0 .04 mA cm −2from the corrosion weight loss. Polarization resistance-current density curve inphosphoric acid solution at 303 K, 313K, 323K and 333K have been analyzed .
The rate-determining step for hydrogen ion reduction reaction at 303 K and 313
K is H + +e − →H ad . The corrosion rates are 0.28 mA cm −2 and 0.30 mA cm −2 ,respectively. Corrosion rates estimated by the DPM are roughly corresponding
to the values 0.30 mA cm −2 , 0.33 mA cm −2 which obtained from corrosion mass
loss. Dissolution of aluminum at 323 K and 333 K of solution temperatures arecategorized to electrochemical reaction of the fast system. And the estimatedcorrosion current densities are 0.3 mA cm −2 and 0.8 mA cm −2 respectively.
Corrosion rates of aluminum in phosphoric acid solution, nitric solution, andphosphoric acid solution at various temperatures can be estimated by using
DPM.

論文審査結果の要旨

本論文は，ア ル ミ ニ ウ ム の 表 面 処 理 に 関 す る 基 礎 的 な 研 究 で あ り ， 電気化学の基礎的な観点に立脚して，硝酸，リン酸水溶液中の アルミニウムの腐食 溶解の実験を 行 い ， 電 気 化 学 的 観 点 か ら そ の 挙 動 を 考 察 し た 。分 極曲 線の解 析手 法の １つ として提案されている微分分極法（Differential Polarization Method）をアルミニウムの溶解挙動に適用し，その有効性を調べ， 腐食速度や電気化学的な パラメーターを求めた。
この論文ではまず，分極曲線から得られた分極抵抗曲線のある特徴を基準に反応系の種類を判断して，反応系の種類により腐食速度の推定ができることを 理論的に述べた。実証例として，微分分極法を用いて硝 酸（HNO 3 ）水溶液中の Al 合金 1050
をリ ン 酸 水 溶 液 と 液 温 を 変 化 さ せ た （液温 303 K，313 K，323 K，333 K）リ ン 酸
水 溶 液 中 で 腐 食 さ せ ，そ の 挙 動 の 解析を 行 っ た 。硝酸（HNO 3 ）水溶液中の Al 1050
試片の溶解反応は，速い系に属することが判明した 。微分分極法から得られる腐食電流密度はおよそ 0.29mA cm −2 となり，腐食重量から換算された値 0.25 mA cm −2 とほぼ一致した。室温のリン酸水溶液中の アルミニウムのカソード半反応は 非可逆系に 属し ，そ の水 素イ オン の還 元反 応の 律速 素反 応は Volmer-機 構 に 属 し， その 透過係数 β はおよそ 0.5 と計算され，電荷移動数 n は 1 が得 ら れ た 。 微分分極法から得られた腐食速度はおよそ 0.03mA cm −2 とな り，この値は重量減少から換算された腐食速度 0.04 mA cm −2 にほぼ一致した。液温を変えた（液温 303 K，313 K，323 K，333 K）リン酸水溶液中のアルミニウムの分極抵抗~電流密度曲線を解析した 。液温
303 K，313 K において水素イオンの還元反応の律速素反応式は Volmer の 放 電 機 構と示された。微分分極法より算出された腐食速度はそれぞれ約 0.28 mA cm −2 ，0.30mA cm −2 で，実測した腐食量の電流密度換算値の 0.30 mA cm −2 ，0.33 mA cm −2 に近い値を示した。液温 323 K，333 K でのアルミニウムの溶解反応では，硝酸水溶液中のアルミニウムの溶解反応の様に速い系に属していた 。腐食電流密度の理論値はそれぞれ 0.30 mA cm −2 ，0.85 mA cm − 2 が得られた。Tafel の外挿法ばかりでなく 微分分極法を用いても腐食速度の推定ができることを示した 。DPM によれば，硝酸水溶液，リン酸水溶液，液温を変化させたリン酸水溶液におけるアルミニウムの腐食挙動の解析も可能であった 。これらの研究を通じて示された一連のアルミニウムの腐食溶解に関する基礎的データの蓄積とその微分分極法による解析は，アルミニウムの表面処理に関する分野に貢献するところが大きいものと思われる 。

以 上 こ れ ら の 成 果 は ，硝 酸 ，リ ン 酸 に よ る ア ル ミ ニ ウ ム の 表 面 処 理 や そ の 分 野に 関 心 を も つ 産 業 界 に 大 い に 貢 献 し ，将 来 は 大 き く 寄 与 す る も の と 思 わ れ る 。よっ て 申 請 者 は 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 に 値 す る と 認められる。