坂入 正敏 (サカイリ マサトシ)

工学研究院 材料科学部門 マテリアル設計分野特任准教授

研究者基本情報

■ 学位
  • 工学博士, 東京工業大学
■ URL
researchmap URL■ ID 各種
J-Global ID■ 研究キーワード・分野
研究キーワード
  • 腐食・防食
  • 鉄鋼材料
  • アルミニウム
  • アノード酸化
  • 微細加工
  • めっき
  • 液相析出
  • 表面・界面制御
  • 局部溶解
  • フォトンラプチャー法
  • 皮膜再生機構
  • レーザー照射
  • 電解コンデンサー
  • 複合酸化物皮膜
  • パルスYAGレーザー
  • 局部めっき
  • Electrochemistry
  • Surface Finishing
  • Corrosion Science
研究分野
  • ナノテク・材料, 材料加工、組織制御
■ 担当教育組織

経歴

■ 経歴
委員歴
  • 2025年05月 - 2027年04月
    軽金属学会, 理事
  • 2025年03月 - 2027年02月
    腐食防食学会, 理事, 学協会
  • 2024年04月 - 2026年03月
    日本鉄鋼協会, サステナブルシステム部会 顧問
  • 2024年03月 - 2026年02月
    日本分析化学会, 理事・北海道支部長, 学協会
  • 2021年06月 - 2025年05月
    軽金属学会, 北海道支部長, 学協会
  • 2022年03月 - 2024年02月
    日本鉄鋼協会, サステナシステム部会 部会長, 学協会
  • 2010年03月 - 2023年03月
    (公社)日本化学会, 化学グランプリ・オリンピック委員会委員, 学協会
  • 2021年01月 - 2022年12月
    腐食防食学会, 北海道支部長, 学協会
  • 2017年01月 - 2018年12月
    表面技術協会, 北海道支部長, 学協会

研究活動情報

■ 受賞
  • 2017年03月, 日本鉄鋼協会, 学術記念賞(西山記念賞)
    微小電気学的手法による鉄鋼材料の腐食の研究
    坂入 正敏
  • 2017年01月, 北海道大学, 教育総長賞(奨励賞)
    坂入 正敏
  • 1991年05月, 腐食防食協会進歩賞
    日本国
■ 論文
■ その他活動・業績
■ 書籍等出版物
  • 2020版・薄膜作製応用ハンドブック,權田俊一監修
    坂入正敏, 第2編第1章第1節 金属基板
    株)エヌ・ティー・エス, 2020年, [共著]
  • lectrochemistry for Corrosion Fundamentals
    坂入 正敏, Chapter 5 Hydrogen embrittlement and hydrogen absorption-
    Springer Nature Singapore Pte Ltd., 2018年01月, [共著]
  • 電気化学便覧
    電気化学会, 5.15ノイズ対策
    丸善, 2012年12月, [分担執筆]
  • Lasers - applications in science and industry
    Krzysztof Jakubcza, Chapter 9 Application of pulsed laser fabrication in localized corrosion research
    InTec, 2011年, [分担執筆]
  • キャパシタ便覧
    8.1.1 複合酸化物皮膜の形成によるアルミニウム電解コンデンサーの大容量化
    丸善, 2009年, [分担執筆]
  • Progress in corrosion research
    Emilio L. Bettini, Re-passivation and initial stage of localized corrosion of metals by using photon rupture technique and electrochemistry
    Nova Science Publishers Inc., 2007年, [分担執筆]
  • Passivitiy of metals and semiconductors, and properties of thin oxide layers
    P. Marcus; V. Maurice, Formation of Al-Si composite oxide films on aluminum by electrophoretic sol-gel coating/anodizing
    Elsevier B.V, 2006年, [分担執筆]
  • Passivitiy of metals and semiconductors, and properties of thin oxide layers,
    P. Marcus; V. Maurice, Passivitiy of metals and semiconductors, and properties of thin oxide layers, Initial stage of localized corrosion in artificial pit formed on zinc coated steels by photon rupture
    Elsevier B.V., 2006年, [分担執筆]
  • 水の分析 第5版、日本分析化学会北海道支部編
    化学同人, 2005年
  • 21世紀版・薄膜作製応用ハンドブック
    權田俊一監修, 第2編第1章第1節 金属基板
    株)エヌ・ティー・エス, 2003年, [分担執筆]
■ 講演・口頭発表等
  • 各種金属材料の水溶液腐食に及ぼ金属カチオンと温度の影響
    坂入正敏
    電気化学会第92回大会, 2025年03月20日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    2025年03月18日 - 2025年03月20日, [招待講演]
  • Atmospheric Corrosion of Metals in Cold and Snowy Region
    Masatoshi Sakairi
    Prime2024, 2024年10月10日, 英語
    2024年10月06日 - 2024年10月11日, [招待講演]
  • 低温環境における金属材料の腐食と電気化学計測
    坂入正敏
    日本金属学会春期講演大会, 2023年03月09日, 日本語, 口頭発表(基調)
    [招待講演]
  • Influence of metal cation on corrosion of metals in aqueous environments
    M. Sakairi
    6th INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTER, COMMUNICATION, CHEMICAL, MATERIALS AND ELECTRONIC ENGINEERING (IC4ME2-2021), 2021年12月26日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • 腐食劣化解析に基づく鋼構造物の最適な維持を目指して
    坂入正敏
    スクベース設備管理第180委員会第2回研究会, 2020年12月22日, 日本語, その他
    [招待講演]
  • 3Dプリンタにより作製したマルチチャンネル液滴セルによる局部陽極酸化
    坂入正敏, M. Bilal
    第105回ARS例会(SURTECH), 2020年01月31日, 日本語, 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
    [招待講演]
  • 鉄鋼材料を長く,安全に使用するための研究
    坂入正敏
    日本鉄鋼協会,最先端鉄鋼セミナー, 2018年08月30日, 日本語, 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
    [招待講演]
  • 微小電気化学セルを用いる局部陽極酸化
    坂入正敏
    第98回ARS例会(SURTECH), 2018年02月16日, 日本語, 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
    [招待講演]
  • Effect of Anodizing Conditions on Porous Alumina Formation at Selected area with Solution Flow type Micro-Droplet Cell
    坂入正敏; 松本敏幸
    The International Symposium on Surface Treatment & Modification Technosogies (STMT2017), 2017年11月23日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Application of solution flow type micro-droplet cell to form shape controlled porous alumina
    坂入 正敏; 松本 敏幸
    The 3rd Koria-Japan Joint Symposium for ARS & ESS, 2016年11月26日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • XPSと電気化学的手法を用いるいる金属の不働態皮膜構造の解析
    坂入 正敏; 大谷 恭平
    日本分析化学会第65年会 X線分析研究懇談会, 2016年09月16日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [国内会議]
  • Resent research progress in creation of hydrogen-passive surfaces on steels to prevent of hydrogen embrittlement
    坂入 正敏
    Asian Steel 2015, 2015年10月08日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [国際会議]
  • 表面処理鋼板の腐食解析(水素脆性を中心に)
    坂入 正敏
    日本鉄鋼協会 第223回・第224回西山記念技術講座, 2015年10月, 日本語, 公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
    [招待講演], [国内会議]
  • 微小電気化学を用いる腐食と表面処理
    坂入 正敏
    2015電気化学会秋季大会, 2015年09月12日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [国内会議]
  • 大気腐食反応に伴う水素発生・侵入の電気化学的検出と界面反応機構
    坂入 正敏; 五十嵐洸哉; 高木翔悟
    日本金属学会2015年春期講演大会, 2015年03月20日, 日本語, 口頭発表(基調)
    [国内会議]
  • Evaluation of metal cation effects on galvanic corrosion of aluminum alloys in low chloride ion containing solutions with electrochemical noise
    坂入 正敏
    ICONS2014, 2014年02月04日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [国際会議]
  • 溶液フロー型液滴セルを用いる局部表面処理
    坂入 正敏
    第126回表面技術協会講演大会, 2012年09月27日, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [国内会議]
  • Corrosion behavior of 11 mass% Cr F/M steel and 15 mass% Cr ODS steel in corrosive solutions
    M. Sakairi; S. Nigshen; K. Suzuki; S. Ukai
    NIMS Confarence 2012, 2012年06月05日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国際会議]
  • Simultaneous hydrogen and rest potential measurement during wet/dry corrosion at scratch on zinc coated steel
    M. Sakairi; S. Takagi
    材料と環境2012国際セッション, 2012年04月25日, 英語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • 超薄切片法によるアノード酸化皮膜の微細構造
    坂入 正敏
    (社)表面技術協会,第109回講演大会, 2004年03月, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
  • レーザー皮膜除去法による局部皮膜補修機構と局部表面処理
    坂入 正敏
    (社)日本金属学会 2000年(第127回)秋期大会, 2000年09月, 日本語, 口頭発表(招待・特別)
    [招待講演], [国内会議]
■ 主な担当授業
  • 溶液腐食防食学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 溶液腐食防食学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 材料科学特論, 2024年, 修士課程, 工学院
  • 溶液腐食防食学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 溶液腐食防食学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 材料科学特論, 2024年, 博士後期課程, 工学院
  • 材料機能学, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 材料工学演習Ⅶ, 2024年, 学士課程, 工学部
  • 材料科学基礎英語, 2024年, 学士課程, 工学部
■ 共同研究・競争的資金等の研究課題
  • トラップ水素をその場定量できる電気化学水素侵入透過測定法の開発と水素脆化解析
    科学研究費助成事業
    2022年04月01日 - 2025年03月31日
    伏見 公志; 坂入 正敏; 宮本 浩一郎
    省エネルギー材料として需要の高まる高強度鋼は機械的特性に優れるが、その水素脆化感受性が普通鋼に比べ高い。水素脆化リスクを低減させるため、その前駆過程である水素侵入現象について従来以上の精密な解析が要求されている。水素脆化を誘導する捕捉水素の役割を明らかにするため、本研究では電気化学的水素透過現象における侵入水素、非侵入水素、透過・捕捉水素を高精度にその場解析可能にする新規評価法を開発し、各種鋼材の水素侵入・捕捉量について定量を実現する。
    昨年度、従来の電気化学的水素透過試験法であるDevanathan-Stachurskiセルにチャンネルフロー二重電極法を組み合わせた新しい電気化学測定装置を作製し、電気化学的水素透過測定における試料の水素侵入面および水素引出面、侵入室内の水素検出電極より得られる各電流値より、水素物質収支を解析するその場評価法を開発した。
    本年度、弱酸性硫酸ナトリウム水溶液中、炭素鋼試料のカソード分極により侵入した試料内水素量の試料厚さおよび硬さに対する依存性を明らかにし、侵入面水素量および捕捉水素量を求めた。この侵入面水素量および捕捉水素量は試料硬さ、すなわちトラップ濃度に依存することを確認した。また、本電気化学測定装置をオンラインICP-OESに接続し、侵入室内の水素検出電極における鉄種の干渉の影響を除去できる改良を進めた。これにより
    (鉄が自己溶解する)強酸性水溶液中においても、非侵入水素量を正しく見積もることができるようになった。硫酸水溶液中に浸漬するだけで鉄板には相当量の水素が侵入することがわかった。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 23K23090
  • トラップ水素をその場定量できる電気化学水素侵入透過測定法の開発と水素脆化解析
    科学研究費助成事業
    2022年04月01日 - 2025年03月31日
    伏見 公志; 坂入 正敏; 宮本 浩一郎
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 22H01822
  • 超弾性NiTi合金への陽極酸化によるTiO2皮膜形成―機序の解明と表面機能の評価
    科学研究費助成事業
    2021年04月01日 - 2024年03月31日
    大津 直史; 太田 信; 坂入 正敏
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北見工業大学, 21H01631
  • 金属カチオンによる不働態皮膜補修機序に基づく耐食性表面の創製
    科学研究費助成事業 基盤研究(B)
    2021年04月 - 2024年03月
    坂入 正敏; 大谷 恭平; 五十嵐 誉廣
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 21H01660
  • 異種金属繰返し多層めっきによる高強度1次元ナノ構造バルク材の作製と物性理解
    科学研究費助成事業
    2011年 - 2013年
    三浦 誠司; 坂入 正敏
    本研究は、従来手法ではサイズや試料強度の上限や微細化の下限に阻まれるナノ構造バルク材の新たな作製法の展開を目指し、微細構造を積み上げるボトムアップ型プロセスとしての「めっき」を利用したプロセスの検討を行い、転位運動の抑制が期待できる層状構造、すなわち1次元的変調構造の作製手法として確立した。開発した「自動ナノ厚さ多層めっきバルク作製装置」では100層を越える多層めっき作製が安定的に作製でき、透過型電子顕微鏡観察、SEM-EBSD観察、ラザフォード後方散乱分光法などによって、積層したCuとNiが同一の方位を有する整合積層領域が多数存在すること、多数の粒界が拡散を促進することなどを明らかとした。
    日本学術振興会, 挑戦的萌芽研究, 北海道大学, 23656443
  • 核燃料再処理環境における金属材料の腐食と環境割れ
    科学研究費助成事業
    2011年 - 2012年
    坂入 正敏; NINGSHEN Sublim; NINGSHEN Sublime
    ステンレス鋼やチタン合金は、耐食性が高いため化学プラントから生体材料等の幅広い環境中で使用されている。しかし,環境が変化すると予想しない腐食が発生することがあり、その腐食挙動は十分に理解されているとは言い難い。特に,次世代高強度材料として期待されている,酸化物分散強化型(ODS)フェライトス鋼については,腐食挙動に関する知見が殆ど無い。
    そこで、本年度はクロム濃度を変えて作製したODSフェライト鋼,オーステナイトステンレス鋼,チタン合金の硝酸環境中を中心に腐食挙動の調査を電気化学的手法と浸漬腐食試験により行うとともに,表面酸化物皮膜構造をXPSにより分析した。
    12%-15%CrODS鋼の3Mから9Mの沸騰硝酸中の腐食挙動を浸漬試験により調査した。浸漬時間は,最長240時間とした。その結果,15%Cr ODS鋼の腐食速度は,0.02-0.24mm/年であり,304Lステンレス鋼の腐食速度は,0.02-016mm/年(浸漬初期)であった。ODS鋼は,240時間浸漬しても粒界腐食は観察されなかった。動電位分極曲線から求めた,腐食電位は硝酸濃度が高くなるに従って,貴側に変化した。XPSによる表面分析の結果から,ODS鋼とステンレス鋼の腐食挙動の違いは,不働態皮膜組成の違いによることを明らかにした。
    JIS-2Tiとチタン合金,(Ti-0.4Ni-0.15Cr-0.01Pd-0.03Ru-Ta, KS50AKOT)の沸騰濃硝酸溶液中における腐食挙動を調査した。浸漬腐食時間は240時間とし,48時間毎に溶液を交換した。腐食速度は,JIS-2Tiで0.07mm/年,チタン合金で0.000763mm/年であった。
    ODS鋼の硝酸環境中における使用の可能性を明らかにした。
    日本学術振興会, 特別研究員奨励費, 北海道大学, 11F01069
  • バルブ金属のアノード酸化を基礎とするマイクロ・ナノ構造構築技術のフロンティア
    科学研究費助成事業
    2007年 - 2008年
    坂入 正敏; 高橋 英明; 菊地 竜也; 高橋 英明; 坂入 正敏
    本研究においては、電気化学的手法とレーザー照射を用いることにより、アルミニウムを中心とするバルブ金属表面にマイクロ・ナノ構造を構築し、新規な性質を付与する技術の開発を目的とした。高容量電解コンデンサーの試作、マイクロ・ナノ電子デバイスの作製および導電性高分子・無電解めっきを応用した新規表面処理法の開発を実現し、バルブ金属をエレクトロニクス・ナノテクノロジーの分野において利用するための新たな活用法を開拓することに成功した。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 19206078
  • レーザー照射/電気化学複合プロセスによる三次元マイクロアクチュエーターの試作
    科学研究費助成事業
    2004年 - 2005年
    高橋 英明; 坂入 正敏
    アルミニウムのアノード酸化・レーザー照射・電着塗装・導電性高分子析出の連続プロセスにより、アクリル樹脂/金/導電性ポリピロールの3層からなるマイクロアクチュエーターを試作した。このアクチュエーターを各種カチオンを含む水溶液中に浸漬し、アクチュエーターの動作挙動を観察したところ、1価および2価のカチオンを含む溶液においては、ポリピロールの膨張・収縮による試料の動作が観察されたが、3価のカチオンを含む溶液の場合には、試料は動作しなかった。また、カチオンの価数が大きくなると、アクチュエーターの移動距離が小さくなることがわかった。これは、カチオンの価数が大きくなると、ポリピロール膜中に取り込まれる水和カチオンの量が少なくなるためである。
    これまでの研究成果を元に、三次元形状を有するアルミニウム試料を用いて、上述の連続プロセスにより三次元マイクロマニピュレーターを試作した。このマニピュレーターは、コイル状の微細構造体先端に4本の可動部を有する。試作したマイクロマニピュレーターをドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液中に浸漬したのち、あらかじめ水溶液中に浸漬したシリンダー状のセラミックス構造体をターゲットとしてマニピュレーターの性能を評価した。マニピュレーターの電位を-0.8Vから0V(銀塩化銀参照電極基準)に変化すると、4本の可動部がセラミックスを保持し、その後のマニピュレーターの移動により、セラミックス試料を移動させることができた。すなわち、このマイクロマニピュレーターを用いることにより、極めて微細なターゲット材料を任意の位置に移動できる。このような三次元マイクロマニピュレーターの実現は、世界でも初めての研究成果であり、今後の研究により、マイクロマシン分野や医療分野などに応用できるものと考えられる。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 16656221
  • 高輝度光微細加工による生体内物質分析用微小電気化学反応セル創製に関する研究
    科学研究費助成事業
    2003年 - 2004年
    坂入 正敏; 石田 晃彦
    本研究課題は、高輝度光(集光したパルスYAGレーザー照射)表面微細加工法と電気化学的手法により、酵素反応によって生体内で生成される過酸化水素などの、生体微量物質分析用微小電気化学セルをアルミニウム上に作製すること、さらに、対極などを取り付け微小電気化学分析システムにして、その性能を評価することを目的としている。
    昨年度は、アルミニウムを用いてアノード酸化、レーザー加工、電気めっきを用いて、2電極型システムを作製でき、K_3Fe(CN)_6/K_4Fe(CN)_6の混合溶液(約1.5μl)を用いてCV測定を行ったところ、アノードピーク電流の走査速度依存性や濃度依存性を確認できたが、ピーク形状および液漏れの問題があった。そこで、本年度は、流路などの形状の改良および作製工程の改良を行い、より完成度の高い生体微量物質分析用微小電気化学セルの作製およびその電気化学的特性評価を行った。
    微細溝および微細貫通孔には、レーザー照射後、再度アノード酸化することで、保護性の皮膜を形成し、電極部にはめっきにより金を析出させた。これら、再アノード酸化および金めっきにより、各種溶液で安定に動作可能な、理論内容量1.5μlの微小電気化学セルを作製できた。作製したセルを用いて、電気化学測定を行った結果、従来のマクロ電極と同様のサイクリックボルタモグラムが測定できた。すなわち、アノードピーク電流は電位走査速度の平方根に比例して増加し、その傾きから電極面積を見積もった結果、妥当な値を得ることができた。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 15656177
  • Local Electrochemistry by Solution Flow Type Micro-droplet Cell
    2003年
    Localized electrochemical reaction studied by micr-droplet cell
    競争的資金
  • レーザー照射/有機膜泳動電着による微細パターニングに関する研究
    科学研究費助成事業
    2001年 - 2002年
    高橋 英明; 坂入 正敏
    円筒状アルミニウム試料(直径2mm)をアノード酸化し、表面に多孔質酸化皮膜を形成したのち、これを蒸留水中に浸漬し、回転・上下動をさせながらパルスNd-YAGレーザーを照射してアノード酸化皮膜を局部的に破壊・除去した。レーザー照射試料をアクリル酸オリゴマーの溶液中に浸漬し、アノード分極することにより、アクリル樹脂が皮膜除去部のみに析出させた。その後、加熱処理により、脱水とアクリル樹脂の重合を促進した。
    アクリル樹脂表面の親油性とアノード酸化皮膜表面の親水性とを利用し、微細円筒プリント原板としての可能性を調べた。すなわち、油性塗料をアクリル樹脂上に塗布し、紙の上を回転させることにより、円筒プリント原板上に描いたパターンを紙に転写させることを試みた結果、数十ミクロンの線幅のパターンを、うまく転写できることを見出した。
    アクリル樹脂析出試料をNaOH溶液中に浸漬し、素地金属および酸化皮膜を溶解除去することにより、アクリル樹脂からなる円筒状かごを形成することに成功した。このかご状構造体は、細線を網目状に編んであるものではなく、一体構造であることが特徴である。すなわち、このアノード酸化/レーザー照射/泳動電着塗装の連続プロセスは、三次元微細有機構造体の新規作成法として注目される。
    日本学術振興会, 萌芽研究, 北海道大学, 13875134
  • フォトンラプチャー法による局部皮膜再生機構の研究
    科学研究費助成事業
    2000年 - 2001年
    坂入 正敏
    本研究は、フォトンラプチャー法により、アノード酸化皮膜に覆われたアルミニウムおよびその合金の各種水溶液中の微小かつ瞬間的な皮膜の修復現象を解明しようとするものである。
    本年度は、昨年度の結果を基に、アノード酸化したアルミニウム合金めっき層を各種溶液中においてフォトンラプチャー法により皮膜を破壊した後、定電位における電流の時間の時間変化を測定し皮膜の再生挙動を調査した。
    1)アノード酸化した試料断面を透過型電子顕微鏡で観察した結果、試料表面に緻密なアノード酸化皮膜が形成しており、その厚さはほぼ純アルミニウムのそれと同様であった。熱水処理することで、皮膜の保護性が向上することが明らかになった。
    2)塩化物イオンを含まないpH9.2のホウ酸溶液中において、定電位で電流の時間変化を測定した結果、皮膜破壊後電流は急激に増加し、0.3ms付近で最大値をとった後、指数関数的(傾き-1)に減少した。つまり、合金めっき層においても、従来の純アルミニウムの結果と同様に、皮膜の再生が逆対数則に従っているものと考えられた。
    また、皮膜再生中に流れる電気量は、設定電位に比例して大きくなり、局部的に再生する皮膜の厚さが電位に比例して厚くなっていくことも明らかになった。
    3)塩化物を含む溶液中において、電流は0.3ms付近で極大値をとった後、指数関数的には減少しなかった。高電位と高濃度においては、時間の経過とともに増加した。つまり、皮膜の補修が起こらず、局部的な金属の溶解が起こった。分極後、試料表面を共焦点走査型レーザー顕微鏡観察した結果、レーザー照射部に腐食生成物が観察された。
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 12750631
  • 新規なアルミニウム表面技術の開発に関する研究
    科学研究費助成事業
    1999年 - 2001年
    高橋 英明; 坂入 正敏; 清水 健一
    本研究は、国際共同研究であり、「アルミニウム表面処理に関する新技術開発」のため、日本とベルギーとの間でおこなったものである。日本側から高橋英明、坂入正敏(北海道大学)および清水健一(慶応義塾大学)が参加し、ベルギー側からH.terrynおよびJ.Vereecken(Frije Universiteit, Brussels)が参加した。北海道大学では、レーザー照射、AFMプローブ加工などによるマイクロ・ナノパターンの形成および複合酸化物皮膜形成による新規電解コンデンサーの開発の研究を進め、慶応大学では、アルミニウム合金のアノード酸化皮膜の構造の精密解析と制御に関する研究を行った。また、ベルギーにおいては、アルミニウムの化成処理、ACエッチング、ACアノード酸化、アノード酸化のさいの熱移動に関する研究を進めた。これらの研究を進める上で相互に意見交換を行うとともに、アドバイス・アイディアに基づいて更なる研究の進展を測った。また、アノード酸化皮膜構造の精密計測に関して相互に助け合い、新しい測定手法の開発などにつながった。
    研究費のほとんどは、相互に研究室を訪問し、討論・測定などを通じて知識および情報の交換を行うのに用いられた。訪問の記録は、以下の通りである。
    H.11:高橋英明、坂入正敏、清水健一が、ベルギーを訪問。 Prof.Terrynが札幌、大阪、東京を訪問。
    H.12:坂入正敏がベルギーを訪問。Prof.Vereeckenが札幌、東京を訪問。
    H.13:坂入正敏、清水健一がベルギーを訪問。Prof.Terrynが札幌、東京を訪問。
    国際交流の成果は、充分に挙がり、今後のアルミニウム表面技術の研究の進展に大きな足跡を残したと考えられる。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 11694112
  • レーザー照射/AFM加工/電気化学を用いる微細電子・機械デバイスの作製技術の開発
    科学研究費助成事業
    1999年 - 2001年
    高橋 英明; 坂入 正敏; 相馬 道明
    本研究は、アルミニウムのアノード酸化技術を基に、これにレーザー照射技術、AFMプローブ加工技術および電気化学的手法を組み合わせ、マイクロ機械・電子デバイスの作製技術の発展を目的にしたものであり、平成11年度〜平成13年度にわたって行われたものである。
    1)アノード酸化・レーザー照射・無電解NiPめっきによるプラスチック射出成型用金型の作成
    アノード酸化皮膜化成アルミニウムを金属イオンを含む溶液中に浸漬し、これにパルスYAGレーザーを照射することにより、皮膜を局部的に破壊・除去する。その後、無電解めっきにより、皮膜除去部のみにNiPを析出させる。この方法により生分解プラスチック製ペグを作製するアルミニウム製金型を作製することができた。
    2)レーザー照射・電気化学エッチングによる微細ピットおよび微細溝の作製
    アノード酸化皮膜化成アルミニウムをNaCl溶液中に浸漬し、アノード分極下でパルスYAGレーザーを照射することにより、半円球状のマイクロピットを形成することができた。また、アノード酸化・レーザー照射・再アノード酸化・酸化皮膜溶解の連続プロセスにより幅数十ミクロンの溝をアルミニウム表面上に形成することに成功した。
    3)AFMプローブ加工によるナノスケール溝の形成
    薄いアノード酸化皮膜に覆われたアルミニウムを各種の水溶液中に浸漬し、原子間力顕微鏡のプローブで表面をスクラッチすることにより、数百ナノメートル幅の極微細溝を形成することに成功した。また、この加工速度は、溶液のpHおよび化学組成いにより大きく変化することを見出した。
    4)アノード酸化・レーザー照射・電気めっきによる微細Niワイヤーの作製
    アノード酸化皮膜化成した直径2〜5mmのアルミニウム棒をNi2+溶液中に浸漬し、試料を一定速度で回転・上昇させながらレーザーを照射した。その後、カソード分極によりレーザー照射部にNiを析出させ、素地金属をNaOH溶液中で溶解することにより、幅50ミクロンのスプリング状のワイヤーを」形成することができた。
    日本学術振興会, 基盤研究(A), 北海道大学, 11355029
  • アノード酸化を利用する多元系アルミニウム複合酸化物皮膜の形成
    科学研究費助成事業
    1999年 - 1999年
    高橋 英明; 坂入 正敏
    本研究プロジェクトは、ソルゲル法を用いて種々の酸化物をアルミニウム上にコーティングしたのち、これを中性電解質溶液中でアノード酸化することにより、各種の複合酸化物皮膜を形成するとともに、皮膜構造と皮膜の誘電的性質との関係を明らかにすることを目的としている。本年度は、BaTiO_3およびSiO_2皮膜について検討を加え、次の結果を得た。
    1)BaTiO_3をコーティングしたアルミニウム試料を中性のホウ酸塩溶液中でアノード酸化を行うと、コーティング層と素地金属との界面にアルミナ層が成長する。このプロセスにより生成するアノード酸化皮膜の電気容量は、通常のアノード酸化により得られるバリヤー型アノード酸化皮膜のそれと同程度である。
    SiO_2皮膜をあらかじめコーティングしておくと、アノード酸化のさい、コーティング層と素地金属との界面にアルミナ層が生成するとともに、Al-Si複合酸化物層が生成する。このプロセスにより生成するアノード酸化皮膜の電気容量は、通常のアノード酸化により得られるバリヤー型アノード酸化皮膜のそれに比べて20%大きい。また、この電気容量の増大は、複合酸化物層が極めて高い電場を指示できるためである。
    日本学術振興会, 特定領域研究(A), 北海道大学, 11118205
  • パルス電流通電法による耐酸化性MoSi_2基超高温材料のその場合成
    科学研究費助成事業
    1998年 - 1999年
    黒川 一哉; 坂入 正敏; 高橋 英明
    ダイシリサイドは耐酸化性超高温材料の候補材の1種であるが、一般に融点が高いため溶融法での作製が困難であること、接合材料や複合材料の作製も容易にできることなどから、粉末冶金法による作製が有望である。本研究では、パルス電流通電による粒子間での放電現象の真偽について検討するとともに、作製したダイシリサイドの耐酸化性評価、さらに複合材料を想定した異種材料間での界面反応挙動ついて明かにするための実験を10-11年度にかけて行った。今年度は特に本方法で作製した各種ダイシリサイド焼結体の耐酸化性評価に関する研究を重点的に進めた。
    1.FeSi_2、CoSi_2、CrSi_2、Vsi_2、TaSi_2、NbSi_2、Wsi_2およびMoSi_2の耐酸化性評価を500℃から1500℃の温度範囲において行い、各ダイシリサイドにおける金属とSiの同時酸化が起きる温度領域を明らかにした。
    2.FeSi_2、CoSi_2、CrSi_2は1000℃以下の温度で優れた耐酸化性を有し、またMoSi_2は500℃±100℃を除く温度範囲で極めて優れた耐酸化性を示した。しかし、他のダイシリサイドでは500℃以上の温度範囲にわたって金属とSiの同時酸化が起こるため、優れた耐酸化性を示さなかった。
    3.MoSi_2の500℃±100℃における同時酸化には、材料の欠陥(ポアやクラック)および雰囲気の水蒸気が強い影響を及ぼしていることを明らかにした。
    4.パルス電流通電法により清浄で緻密なダイシリサイド焼結体およびその複合材料を作製することが可能であるが、特に耐酸化性超高温材料としてのポテンシャルが高いダイシリサイドはMoSi_2であることを明らかにした。
    日本学術振興会, 萌芽的研究, 北海道大学, 10875138
  • レーザー剥離法を用いたAlアノード酸化皮膜の局部再生過程の研究
    科学研究費助成事業
    1998年 - 1998年
    坂入 正敏
    日本学術振興会, 奨励研究(A), 北海道大学, 10750521
  • ゾル・ゲルコーティング/アノード酸化によるAl-(TiNb)酸化物皮膜の形成
    科学研究費助成事業
    1998年 - 1998年
    高橋 英明; 坂入 正敏
    本研究は、アルミニウムアノード酸化皮膜に種々の酸化物を取り込ませ、誘電率の高い複合酸化物皮膜を形成しようとするものである。すなわち、アルミニウム試料上にゾルゲル法により種々の酸化物皮膜をコーティングしたのち、これを中性の電解質溶液中でアノード酸化することによりAl+Me複合酸化物皮膜を形成するとともに、その誘電的性質を調べた。表題には、AI-(Tl,Nb)複合酸化物皮膜とあるが、本年度においては、ゾル溶液の調製のしやすさなどの理由により、Al-Zr複合酸化物皮膜を選択した。得られた主な結果は、次の通りである。
    1)電解研磨試料にゾルゲル法により、Zr-酸化物皮膜をコーティングするさい、加熱処理温度をT_h=573および873Kとした試料を、中性のホウ酸塩溶液中でアノード酸化すると、T_h=573Kの試料の場合には、Zr-酸化物層と素地金属との界面にAl-Zr複合酸化物外層およびAl_2O_3内層からなるアノード酸化皮膜が生成するが、T_h=873Kの場合には、Al_2O_3一層構造を有するアノード酸化皮膜が得られた。インピーダンス測定により、複合酸化物層を有する前者のアノード酸化皮膜がより大きい並列等価容量を持つことがわかった。
    2)多孔質アノード皮膜化成試料上にZr-酸化物皮膜をコーティングすると、Zr-酸化物の一部はアノード酸化皮膜の細孔中に堆積し、一部はアノード酸化皮膜上に堆積することがわかった。これをアノード酸化すると、細孔中にAl-Zr複合酸化物が生成するとともに皮膜/素地金属界面にAl_2O_3層が生成することがわかった。
    日本学術振興会, 特定領域研究(A), 北海道大学, 10131204
  • 超高温用モリブデンダイシリサイド材料における加速酸化現象の解明とその抑制
    科学研究費助成事業
    1997年 - 1998年
    黒川 一哉; 坂入 正敏; 高橋 英明
    本研究の目的は、将来の超高温材料として期待されているモリブデンダイシリサイド(MoSi_2)の耐環境性における最大の弱点である加速酸化現象を解明するとともに、その有効な抑制法を明かにすることにある。加速酸化は環境側および材料側の種々の因子が相互に関与した複雑な現象であり、本研究では特に各因子の影響を明かにするための系統的な実験を行った。本研究で得られた主な結果は以下の通りである。
    1. 酸化温度の影響:673K〜773Kの温度範囲でMoとSiの同時酸化に基づく激しい加速酸化を示す。しかし、1073K以上の温度では、Siの選択酸化によりSiO_2皮膜が形成され、極めて優れた耐酸化性を示す。
    2. 雰囲気(水蒸気)の影響:空気中に水蒸気が含まれる場合には、低密度MoSi_2で加速酸化が激しく、水蒸気分圧が高いほど短い時間でペスト(材料の粉化)に至る。
    3. MoSi_2組成の影響:Mo/Si濃度比の増加とともに耐酸化性が低下するが、その影響は小さい。
    4. 密度の影響:MoSi_2の密度は加速酸化に特に大きな影響を及ぼし、95%以上の高緻密体にすることによって加速酸化を著しく抑制できる。
    5. 同時酸化は、酸化初期にはMoSi_2の焼結時に形成されるSiO_2介在物など欠陥部で局部的に起り、次第に表面全体に拡がる。
    MoSi_2の高緻密化と雰囲気からの水蒸気除去により加速酸化をほぼ完全に防止できることを明かにするとともに、その場合成法によるMoSi基材料の作製も加速酸化の抑制に有効であることを明かにした。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 09450263
  • パルスYAGレーザーを用いたアルミニウムの表面パターニング
    科学研究費助成事業
    1996年 - 1998年
    高橋 英明; 坂入 正敏; 黒川 一哉
    本研究は、アルミニウム基板上におけるパターニング技術の新しい方法の開発と確立と目的としており、平成8年度〜平成10年度にわたって行われたものである。すなわち、アノード酸化皮膜化成試料を金属イオンを含む溶液中に浸漬し、これにパルスYAGレーザーを照射することにより、皮膜を局部的に破壊・除去する。その後、電気メッキあるいは無電解めっきにより、皮膜除去部のみに金属を析出させ、アルミニウム上にパターンを描くとともに、有機絶縁板の接着、素地金属の溶解除去により模擬プリント配線基板を作製しようとするものである。得られた結果の主なものは次の通りである。
    1) レーザー照射のさい、皮膜は素地金属のレーザーアプレーションにより生じる高圧力により破壊・除去される。そのため、レーザー照射部の周囲の皮膜にはクラックが発生するが、レーザー照射前に皮膜を赤く着色しておくことにより、クラックの発生は防止できる。最大100μmの厚さの皮膜を15〜500μmの幅で連続的に皮膜を除去できる。
    2) レーザー照射のさい、皮膜除去部の表面に金属微粒子が析出し、これらが、次の電気メッキおよび無電解めっきのさい、核として作用し、とくに無電解めっきの初期の析出速度に大きな影響をおよぼす。析出Pd金属粒子がもっともその効力が大きい。電気メッキによりNlおよびCuの、無電解めっきによりNI-Pの緻密電析層を得ることができた。
    3) 15μmのNl電析線で描いたアルミニウム試料板に有機絶縁板を接着し、素地金属を溶解除去により生成した模擬プリント配線基板を形成し、電気伝導性を調べた結果、きわめてよい電気電導性を示した。
    日本学術振興会, 基盤研究(B), 北海道大学, 08455326
  • 高性能電解コンデンサーのためのAl-(Ti,Nb,Ta)複合酸化物皮膜の形成
    科学研究費助成事業
    1997年 - 1997年
    高橋 英明; 坂入 正敏; 黒川 一哉
    本研究は、アルミニウム上に生成するアノード酸化皮膜中にTiO_2,Ta_2O_5,Nb_2O_5などを混入させ、これらとAl_2O_3との複合酸化物を形成することにより、誘電率の大きな酸化物皮膜を形成し、新しいタイプのアルミニウム電解コンデンサーの開発を目指しているが、本年度においては、CVD/アノード酸化を組み合わせた方法により、この複合酸化物皮膜の生成を試みた。得られた主な研究成果は、次のようである。
    1.TiO_2をCVDにより、温度300°Cおよび400°Cに保ったアルミニウム上に形成すると、TiO_2皮膜の成長速度は温度が高いほど大きい。また、生成した皮膜は多孔質であり、無定型である。
    2.TiO_2皮膜をコーティング後、400°Cで空気雰囲気中加熱処理を行うと、TiO_2は結晶化してアナターゼ型の結晶構造を示す。
    3.TiO_2皮膜をコーティングした試料を、中性のホウ酸塩溶液中で定電流アノード酸化を行うと、TiO_2皮膜/素地金属界面に二層構造を示す酸化皮膜が生成する。外層は、Ti/Al-複合酸化物層であり、内層はAl_2O_3層からなる。
    4.CVD/加熱処理/アノード酸化により得られた複合酸化物皮膜は、通常のアノード酸化により得られる皮膜に比べて約65%大きな電気容量を示す。
    日本学術振興会, 重点領域研究, 北海道大学, 09237205
  • アルミニウム等の陽極酸化に関する研究
    競争的資金
  • 金属材料の腐食・防食に関する研究
    競争的資金
  • レーザや微小液滴セルを用いる局部表面処理・電気化学
    競争的資金
  • Locallized corrosion of metals
    競争的資金
  • Local Surface Treatment on al by LASER
    競争的資金
  • Localized Corrosion on Metals by Photon Rupture Method
    競争的資金
  • Local Surface Treatment on Al by LASER
    競争的資金
  • Study on Anodic Oxidation behavior of Aluminum
    競争的資金
■ 産業財産権
  • めっきによる三次元構造体の形成法
    特許権
    2002-256325
■ 学術・社会貢献活動/その他
社会貢献活動
  • 全道理科研究発表大会評価委員
    2017年10月12日 - 2017年10月13日
    助言・指導
    北海道高等学校文化連盟
    全道理科研究発表大会

研究シーズ集

■ 研究シーズ