【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24TU0170
利用課題名 / Title
酸化皮膜の顕微鏡分析
利用した実施機関 / Support Institute
東北大学 / Tohoku Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
加圧水型軽水炉, Ni基合金, 応力腐食割れ（SCC）, 酸化皮膜, STEM,電子顕微鏡/ Electronic microscope,集束イオンビーム/ Focused ion beam
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
垣谷 健太
所属名 / Affiliation
三菱重工業株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
庄子哲雄,橋本篤
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
長迫実,兒玉裕美子
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
TU-504：超高分解能透過電子顕微鏡
TU-508：集束イオンビーム加工装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
加圧水型原子炉の1次冷却水には、トリチウムが生成する同位体を排除した高価な水酸化リチウム（LiOH）がpH調整剤として添加されている。現在、同位体濃縮LiOHの代替剤として、安価な水酸化カリウム（KOH）の適用性が調査されている。 KOH適用が加圧水型原子炉の構成材であるNi基合金の応力腐食割れ（SCC）発生感受性に及ぼす影響の確認が必要である。これまでに、LiOHまたはKOHを含む360℃の1次冷却水模擬環境中でNi基X-750合金の定荷重試験により、LiOHとKOHの条件間でSCC発生時間に顕著な差がないことを確認している。今回、根拠データの拡充のため、定荷重試験片に形成した酸化皮膜の形態や元素分布を走査透過電子顕微鏡（STEM）で分析した。その結果、LiOHとKOHの条件間で酸化皮膜性状にも顕著な差がないことを確認できた。この実験結果から、試験条件の範囲では、LiOHをKOHで代替してもSCC発生感受性に悪影響がないことが示唆された。
実験 / Experimental
発電プラントの運転環境を模擬した高温高圧の試験水（LiOHあるいはKOHを添加）に1000時間浸漬されたX-750合金製の定荷重試験片の表面に形成した酸化皮膜を分析対象とした。試料表層の断面の薄膜試料を集束イオンビーム（FIB，装置名：Versa3D, Thermo Fisher Scientific社）によって作製した。STEM分析には、収差補正機能が付いた装置であるJEOL-ARM200F（日本電子株式会社製）を用い、電子線加速電圧200 kVとして試験を行った。STEM観察像は、主に高角散乱環状暗視野（HAADF）で撮影した。組成分析は、エネルギー分散型X線分光法（EDS）によって行った。
結果と考察 / Results and Discussion
試験片表面に形成した酸化皮膜の断面観察像を図に示す。二試料の間で以下の点が共通しており、LiOHとKOHの条件間で酸化皮膜性状に顕著な差がないことが確認された。
・表面酸化皮膜は、ニッケルリッチな外層酸化物と、クロムリッチな内層皮膜からなる二層構造を持っていた。
・内層皮膜の厚さは約50 nmであった。
・内層皮膜の直下に、クロムリッチな酸化領域とニッケルリッチな非酸化領域（金属領域）が共存していた。
・非酸化領域におけるニッケル濃度は約90％であり、母材のニッケル濃度よりも高かった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図．試料断面のSTEM分析結果（HAADF-STEM像中の赤矢印でEDS線分析を実施）
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Kenta KAKITANI, Effect of KOH and dissolved hydrogen on oxide film and stress corrosion cracking susceptibility of Alloy X-750, Mechanical Engineering Journal, 11, 23-00317-23-00317(2024).
DOI: https://doi.org/10.1299/mej.23-00317
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件