バイポーラ電気化学を応用した軽金属の表面処理技術の開発

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本研究では，バイポーラ電気化学に基づく酸化還元（レドックス; reduction and oxidation）反応の制御・理解を通じて，軽金属表面に生成する金属酸化物の構造やその生成効率に対する電解条件の影響を系統的に調査することを主目的としている。バイポーラ電気化学を利用した軽金属の新たな表面処理技術として，本手法を実用するために一年目（2021年度）は，アルミニウム表面にポーラスアルミナ（Al2O3）を形成する処理に着目し，従来の直接給電法（アルマイト処理）ではなく，無接点のワイヤレスなアプローチで酸化皮膜を形成する電解条件を調査し，バイポーラ電気化学の応用可能性を模索した。二年目となる2022年度は，アルミニウムだけでなく，チタンやニオブなどの他金属にも本手法を適用し，様々な分野で利用できる機能性無機材料の創製技術としてもバイポーラ電気化学の可能性を模索した。電気化学的手法に基づくアルミニウムの表面処理（アルミニウム表面への酸化膜形成，アルマイト処理）は，被処理物であるアルミニウムと対極を外部電源に接続し，直流や交流電圧を印加することで一般には実施されるが，バイポーラ電気化学を応用した本手法では無接続（直接通電なし）の被処理物に対しても，従来法同様に酸化膜を形成することができる。これまでは板状のアルミニウム小型試験片を用いて基礎データを収集してきたが，本手法の有用性を示すために試料形状を板からミリメートルサイズの球に変更した場合でも，試料形状の違いによらず類似の結果を得ることができた。試料を固定し，外部電場を直流にした場合には，試料の片面（半球）のみで酸化反応が進行し，局所的に酸化皮膜が形成されたヤヌス型の金属材料を得ることができた。可動状態の試料に対して交流電場を適用した場合には，試料全面を酸化皮膜で被覆することができ，表面処理技術として十分に活用できる成果を得た。