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機能界面設計工学特論

粘土分散液中でのアルミニウムのアノード酸化

(山形大院理工1,山形大工2) ○大沼宏臣1 山本喜久 2,伊藤智博1立花和宏1,仁科辰夫1

キーワード[アルミニウム, アノード酸化粘土分散液,火花電圧,耐電圧]

public auth はる 要旨 草案のぶ 要旨 草案ひろ 要旨 草案
主催 一般社団法人表面技術協会
会期 令和3年(2021年)9月16日(木)~ 17日(金)
会場 オンライン開催
講演申込締切 2021年06月10日(木) [厳守]
講演要旨締切 2021年07月23日(金) [厳守]

タイトルスライド

粘土分散液中でのアルミニウムのアノード酸化

皆さん、こんにちは。山形大学理工学研究科からまいりました大沼宏臣です。

本日は、粘土分散液中でのアルミニウムのアノード酸化についてお話させていただきます。 それでは、発表を始めさせていただきます。

緒言


背景

緒言スライド1

白谷らは,アルミニウムの表面に自然酸化皮膜生成されており,その皮膜との接触抵抗が高いため,アルミニウム電池の負極して利用しても,負極の電位が下がらない 粘土鉱物分散水溶性ゲルを使用することで,アルミニウム負極の電位が塩化ナトリウム水溶液より低い電位を示したと述べています. ゆえに,粘土鉱物分散水溶性ゲルを使用した電池ではアルミニウムとの接触抵抗が低下すると結論づけています.1)

アノード酸化皮膜の理論静電容量

静電容量Cの値は、以下の式から求めることができる。
C [F]=(ε₀×εs×S [m2])/d [m]
また、アルミニウム電解コンデンサの場合は、化成電圧V [V]とし、 化成によって生ずる皮膜の厚さが化成電圧に正しく比例して、1 Vあたり1.4 nmと仮定すると、静電容量Cの値は、以下の式から求めることができる。
C [F]=(ε₀×εs×S [m2])/(1.4×10-9 [m/V]×V [V])
ここでは、ε₀= 8.85×10-2 [F/m]、アルミニウムのε=8.5 とした。3)


アルミニウムのpH電位図

. アルミニウムのpH電位図1)

こちらの図にアルミニウムのpH電位図を示します。

アルミニウムのpH電位図によると中性領域では、酸化アルミニウムが生成し、安定である。 そして、酸性領域ではAl3+が、塩基性領域ではAlO2-が発生します。

図の電極電位とpHに関する領域図は基準となる溶存イオン濃度10-6Mの時のものである.通常この領域は溶存イオン濃度によって変化する.

Pourbaix1)によれば中性領域の時にAlの表面に生成する被膜,腐食生成物は熱力学的に最も安定なのがHydrargillite(Al2O3·3H2O)と書かれているが,そのほかにもBayerite(Al2O3·3H2O),Bohmite(γ-Al2O3·H2O),Corundum(α-Al2O3),Amorphous hydroxide(Al(OH)3)が挙げられている.

参考文献

1)M. Pourbaix, Atlas of Electrochemical Equilibria, (Pergamon Press, 1966), 168-176.

層状粘土鉱物を含む表面調整剤

また、特願2007-526928によれば,化成処理中のアルミニウム合金上の電食を抑制することができ、アルミニウム合金上の接 触部及び一般部(非接触部)に形成される化成皮膜量の差を小さくすることが可能になる とともに、各種金属材料に良好な化成皮膜を形成することができる表面調整剤が提供されています。 その詳細としては、
リン酸亜鉛粒子、 水溶性有機高分子、及び 層状粘土鉱物 を含むことを特徴とする表面調整剤となっています。
上記の様に粘土鉱物を含む処理液には、表面調整後の錆びの発生を防止することができ、処理浴中での分散安定性に優れ るといった効果があり、利用されています。4)


目的

また、田邉らによると,ヘクトライト水分散液の塩基性によって,アルミニウムの酸化被膜を除去する可能性があると述べています. 1 ) 両性金属であるアルミニウムは,中性領域で緩衝作 用のある電解液を用いることでアノード酸化時にバリヤー皮膜を生成できます. そこで,本実験では中性に調製 した粘土分散液である スチーブンサイト/2wt%水分散液を用いて,アルミニウムのアノード酸化挙動を調査しました.

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参考文献

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