JP6503222B2 - 分光エリプソメトリーを用いたステンレス鋼の非破壊耐食性評価方法 - Google Patents
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ステンレス鋼板の表面粗さRaを測定し、更に50mm×50mm以上の測定範囲で10点以上の測定点について分光エリプソメトリーを行なった測定値(Ψ、Δ)に対し、前記表面粗さの影響を補正することにより光学定数を算出し、算出した光学定数から不働態皮膜中のCrカチオン分率を算出し、不働態皮膜中のCrカチオン分率と耐食性指標の相関を用いてステンレス鋼の耐食性を評価することを特徴とした、ステンレス鋼の非破壊耐食性評価方法。
前述の通り、エリプソメトリーの測定値には表面粗さが大きく影響する。通常のエリプソメトリーでは、測定面が鏡面であることを前提としており、表面の凹凸による表面散乱の寄与は無視して不働態皮膜の情報を算出する。しかしながら、一般的な製品としてのステンレス鋼板は鏡面と比較して表面粗さが粗く、粒界侵食溝(酸洗仕上)や研磨目(研磨仕上)が存在する場合は、特に表面散乱の寄与が顕著である。表面散乱の寄与を無視した場合、エリプソメトリーより得られる見た目の膜厚は、実際の膜厚の10倍近い値となることもある。したがって、一般的に流通しているステンレス鋼板について不働態皮膜の構造をエリプソメトリーにより評価する場合、表面粗さに基づく表面散乱の影響を補正することが不可欠である。
エリプソメトリーの測定値から不働態皮膜の構造を評価するためには、光学モデルの定義が不可欠である。不働態皮膜は、表層にごく薄い水酸化物、内層に酸化物層が存在する二層構造と考えられている。ここで、表層の水酸化物層は多孔質であるため耐食性におよぼす影響が小さく、ごく薄いためエリプソメトリーの測定値への影響も少ない。そこで、光学モデルを作成する際には酸化物の単層皮膜として取り扱った。
こうして得られた皮膜の光学定数と皮膜組成の関係が明らかであれば、皮膜組成を推定できる。発明者らは、種々の不働態皮膜構造を有するステンレス鋼板に関して系統的に研究を行なった結果、不働態皮膜を構成する主要元素であるFe、Crについて、Feはアモルファス状のγ−Fe2O3、Crはアモルファス状のCr2O3として存在していると仮定し、それぞれの光学定数を有効媒質近似にて混合することで、不働態皮膜の光学定数を近似できることを見出した。
ここまでの手順により、エリプソメトリーで得られる測定値(Ψ、Δ)から不働態皮膜中のCrカチオン分率を推定した。不働態皮膜中のCrカチオン分率は耐食性と強い相関があるため、不働態皮膜の組成を推定できれば、材料の耐食性を評価可能である。代表的な耐食性指標と皮膜組成の関係の一例として、図2にフェライト系ステンレス鋼における孔食電位と不働態皮膜中のCrカチオン分率の関係を示す。
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- ステンレス鋼板の表面粗さRaを測定し、更に50mm×50mm以上の測定範囲で10点以上の測定点について分光エリプソメトリーを行なった測定値(Ψ、Δ)に対し、前記表面粗さの影響を補正することにより光学定数を算出し、算出した光学定数から不働態皮膜中のCrカチオン分率を算出し、不働態皮膜中のCrカチオン分率と耐食性指標の相関を用いてステンレス鋼の耐食性を評価することを特徴とした、ステンレス鋼の非破壊耐食性評価方法。
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