芝浦工大、アルミなどの高強度・高耐食化を両立する水蒸気を用いた表面処理技術を開発

 芝浦工業大学 材料工学科の芹澤 愛准教授は、アルミニウム材料を高温・高圧下の水蒸気にさらすだけで、高強度・高耐食化の両立を実現する表面処理技術を開発した。

 アルミニウムは鉄に比べて3分の1程度と軽く、さまざまな利用が期待されているが、従来の手法では素材の曲げや折れに強い「高強度化」することと錆や化学変化に強い「高耐食化」することはトレードオフの関係にあり、両立させることは極めて困難だった。また、高耐食化のためには表面処理を行うが、プロセス数が多く、さらに高環境負荷な廃液が発生する大がかりな設備が必要だった。

 本技術は、高圧・中低温の水蒸気下にさらすだけで材料の強度と耐食性を同時に向上させる。蒸気を活用し、オートクレーブを反応容器として利用することによって化学反応を早く進行させ、金属表面に緻密な耐食性皮膜を直接成長させる。蒸気は細部まで行き渡るため、反応容器に入るものであれば複雑形状部材や大型部材にも適用可能であり、自動車材料や熱交換器への適用が期待される。

 また、広い空間で大きな面積かつ複雑な形状の処理が行え、かつ前処理不要で化学薬品を使用しないため低環境負荷で生産することができる。蒸気を活用し、耐食性ナノ結晶成長に関わる化学反応を制御することで、金属材料表面に微細な結晶を緻密に形成でき、圧力・温度の条件により、結晶構造をコントロールできる。表面の皮膜は耐食性のみならず、高強度化にも寄与する。高強度アルミニウム合金(超々ジュラルミンなど)に水蒸気プロセスを適用することで、表面に高耐食性被膜層を形成でき、軽金属材料の多機能化が実現するという。

 今回の水蒸気プロセスによる処理は1プロセスで済み、少量の水のみで大面積かつ複雑な形状の部材にも処理が行え、化学薬品も使用せずに生産することができる。さらに、処理後のアルミニウムは、何もしない状態に比べて錆びにくさは100分の1程度、強度は1.5~2倍(合金の種類で変動)に向上するという。

 現在、産学連携を進めており、数年以内に自動車部材や電化製品などの分野での実用化を目指す。
水蒸気プロセス処理の概要水蒸気プロセス処理の概要