Synchrotron radiation is useful and powerful tool for research and development on materials science, life science, environmental science and so on. The SPring-8 (Super Photon ring 8GeV) has been operated more than 5 years since October 1997. At the moment, 44 beamlines are operating for the users and another 3 beamlines are under construction. The present status and some research frontiers on the materials science at the SPring-8 are summarized.

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Medium scale synchrotron radiation facility, NewSUBARU (1.5GeV), whose energy levels are much less than SPring-8 (8GeV), is introduced including storage ring (circumference is 119m) and several beamlines. Synchrotron radiation light between soft X-ray and ultraviolet light is NewSUBARU's favorite one. Examples for industry applications performed by beamlines of NewSUBARU, lithography, new materials production and so on, are also shown

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様々な分野の新しい研究手段として活用され始めている放射光を利用した腐食研究の事例として, Crを含む耐候性鋼さび層の保護機能とCr周辺の局所構造の関係を検討した結果を紹介する. また, 鉄鋼材料の大気腐食さび層の形成初期過程をその場観察する試みについても触れる. X線吸収微細構造解析等により, 耐候性鋼さび層の保護性を担う超微細Crゲーサイトの微細構造は, 表面あるいは結晶粒界にCrO_x^3-2xが吸着した超微細結晶であると指摘できる. 保護性さび層の保護機能であるCrゲーサイト粒子の緻密凝集とカチオン選択性の発現はCrO_x^3-2xの吸着に起因していると考えられる. 一方, さび層形成過程のその場観察には, 白色X線を利用した回折法を用いることが, 連続的に変化するさび構造を迅速にとらえる点で有利である. この方法により, 初期に生成するさび物質の構造が共存するイオン種と関連することや, 乾湿繰り返しに伴うさびの相変化などが明らかになった. 放射光の活用は, 金属の腐食挙動に密接に関連する表面酸化物層の微細構造を理解するために極めて有用である.

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Synchrotron-radiation has been applied to investigation of corrosion at surface/interfaces of steel. Three topics are shown: (1) In situ observation of reactions at the interface has been carried out for localized corrosion of stainless steel. It is shown that change in states of Cr³⁺ and Br^- ions near the interface is deeply related with a breakout of the passivation film. (2) Phase transformation of Zn-coated steel at high temperature was investigated by a new system of in situ observation. It has been found that an addition of small amount of phosphorus changes an incubation time before the alloying reaction starts. (3) Nano structures of rusts formed on steel after atmospheric corrosion. Evolution of “Fe(O, OH)₆ network” is the key to understand how the durable rusts of weathering steel prevent from formation of more rusts.

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The recent progress of use of ultra-bright synchrotron radiation (SR) for environmental degradation studies of structural materials was reviewed. Refraction contrast X-ray imaging experiments were conducted in BL24XU of SPring-8 to aluminum alloys, mild steel, forged steel, etc. with cracks and voids. As a result, much more distinct images of cracks and voids in these materials were successfully observed by this new method, as compared with conventional X-ray absorption method. In-situ observations of crack initiation and propagation were also successfully done. SR-XAFS measurements were also conducted in SPring-8 to investigate the influence of hydrogen on the structure and electron state of titanium, and the influence of alloying elements on the formation and structure of iron rust to elucidate the corrosion mechanism of steel. In-situ XRD experiments were also performed in Spring-8 towards pure iron under wet and dry corrosion cycle so as to make sure so-called Evans model.

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金属材料のキャビテーションエロージョン, 特に潜伏期間における材料表面の挙動におけるコロージョンの影響が腐食環境中で調べられた. 予想通り, 黄銅の場合, 潜伏期間の長さは腐食環境中で短くなったが, 純銅でのその長さは長くなった. これは環境液中のイオンの吸着によって生じた引張力によるものと説明される. 潜伏期間の長さおよび損傷速度を予測する鍵となる潜伏期間における表面積増分率と試験時間の関係は時間軸に平行に移動したが, 試験に用いたそれぞれの材料では環境に依存しないで同じ形状を示した. キャビテーション下での各材料の分極曲線を測定し,キャビテーションの溶液攪拌作用によって腐食速度が上昇することが分かった. このように, ある材料のキャビテーションエロージョン・コロージョンの潜伏期間の長さはその材料の表面積増分率の測定によって決定することができ, 腐食速度はキャビテーション条件下で測定される分極曲線から推定できることが確認された.

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無水のアルコールはアルミニウムとアルコキシド反応を起こすことが知られている. しかし, 複数のアルコールが混在した場合の挙動は報告されていない. また, 微量の水の存在でアルコキシド反応を防止することが知られている. そこで筆者は (1) 共沸点近傍の混合アルコール溶液とアルミニウムの反応, (2) 混合アルコール溶液とアルミニウムとの反応を抑制する最低含水濃度の関係を調べることを目的とした. 353K, 373K, 393Kの各温度における72時間処理という条件で, 炭素数2～4のアルコールすなわちエタノール, ノルマルプロパノール, イソプロパノール, ノルマルブタノール, イソブタノールの5種類のアルコールを用い, 混合アルコール溶液50mlと純アルミニウム (JIS-A1085) 板片をSUS304製容器の中で反応させた. 試験の結果, 単体成分のアルコールに比べ混合アルコール溶液の場合, 反応温度が低下する傾向が見られた. また, 混合アルコール溶液の方が反応を抑制する最低含水濃度が高くなる傾向があることを発見した. これらの結果をアルコールの溶解現象の立場から考察を加え, 混合アルコール溶液中のアルコールクラスターのサイズ, 構造及び安定性が反応に大きく関与している可能性を示唆した.

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