Sakairi Masatoshi

Faculty of Engineering Materials Science and Engineering Materials DesignAssociate Professor
Last Updated :2026/02/04

■Researcher basic information

Degree

  • Dr. Eng., Tokyo Institute of Technology

Researchmap personal page

Research Keyword

  • 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

Research Field

  • Nanotechnology/Materials, Material fabrication and microstructure control

Educational Organization

■Career

Committee Memberships

  • May 2025 - Apr. 2027
    軽金属学会, 理事
  • Mar. 2025 - Feb. 2027
    腐食防食学会, 理事, Society
  • Apr. 2024 - Mar. 2026
    日本鉄鋼協会, サステナブルシステム部会 顧問
  • Mar. 2024 - Feb. 2026
    日本分析化学会, 理事・北海道支部長, Society
  • Jun. 2021 - May 2025
    軽金属学会, 北海道支部長, Society
  • Mar. 2022 - Feb. 2024
    日本鉄鋼協会, サステナシステム部会 部会長, Society
  • Mar. 2010 - Mar. 2023
    (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, Society
  • Jan. 2021 - Dec. 2022
    腐食防食学会, 北海道支部長, Society
  • Jan. 2017 - Dec. 2018
    表面技術協会, 北海道支部長, Society

■Research activity information

Awards

  • Mar. 2017, 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
  • Jan. 2017, 北海道大学, 教育総長賞(奨励賞)               
    坂入 正敏
  • May 1991, 腐食防食協会進歩賞               
    Japan

Papers

Other Activities and Achievements

Books and other publications

  • 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, [Joint work]
  • lectrochemistry for Corrosion Fundamentals               
    SAKAIRI Masatoshi, Chapter 5 Hydrogen embrittlement and hydrogen absorption-
    Springer Nature Singapore Pte Ltd., Jan. 2018, [Joint work]
  • 電気化学便覧               
    電気化学会, 5.15ノイズ対策
    丸善, Dec. 2012, [Contributor]
  • Lasers - applications in science and industry               
    Krzysztof Jakubcza, Chapter 9 Application of pulsed laser fabrication in localized corrosion research
    InTec, 2011, [Contributor]
  • 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, [Contributor]
  • 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, [Contributor]
  • 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, [Contributor]
  • 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, [Contributor]
  • 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
  • 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, [Contributor]

Lectures, oral presentations, etc.

  • 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, 20 Mar. 2025, Japanese, Invited oral presentation
    18 Mar. 2025 - 20 Mar. 2025, [Invited]
  • Atmospheric Corrosion of Metals in Cold and Snowy Region               
    Masatoshi Sakairi
    Prime2024, 10 Oct. 2024, English
    06 Oct. 2024 - 11 Oct. 2024, [Invited]
  • 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, 09 Mar. 2023, Japanese, Keynote oral presentation
    [Invited]
  • 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), 26 Dec. 2021, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 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, 22 Dec. 2020, Japanese, Others
    [Invited]
  • 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), 31 Jan. 2020, Japanese, Public discourse
    [Invited]
  • 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, 30 Aug. 2018, Japanese, Public discourse
    [Invited]
  • 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), 16 Feb. 2018, Japanese, Public discourse
    [Invited]
  • Effect of Anodizing Conditions on Porous Alumina Formation at Selected area with Solution Flow type Micro-Droplet Cell               
    SAKAIRI Masatoshi, MATSUMOTO Toshiyuki
    TheInternational Symposium on Surface Treatment & Modification Technosogies (STMT2017), 23 Nov. 2017, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • Application of solution flow type micro-droplet cell to form shape controlled porous alumina               
    SAKAIRI Masatoshi, MATSUMOTO Toshiyuki
    The 3rd Koria-Japan Joint Symposium for ARS & ESS, 26 Nov. 2016, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 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, 16 Sep. 2016, Japanese, Invited oral presentation
    [Domestic Conference]
  • Resent research progress in creation of hydrogen-passive surfaces on steels to prevent of hydrogen embrittlement               
    SAKAIRI Masatoshi
    Asian Steel 2015, 08 Oct. 2015, English, Invited oral presentation
    [International presentation]
  • 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, Oct. 2015, Japanese, Public discourse
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 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, 12 Sep. 2015, Japanese, Invited oral presentation
    [Domestic Conference]
  • 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, 20 Mar. 2015, Japanese, Keynote oral presentation
    [Domestic Conference]
  • Evaluation of metal cation effects on galvanic corrosion of aluminum alloys in low chloride ion containing solutions with electrochemical noise               
    SAKAIRI Masatoshi
    ICONS2014, 04 Feb. 2014, English, Invited oral presentation
    [International presentation]
  • 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, 27 Sep. 2012, Japanese, Invited oral presentation
    [Domestic Conference]
  • 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, 05 Jun. 2012, English, Invited oral presentation
    [Invited], [International presentation]
  • 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, 25 Apr. 2012, English, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 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, Mar. 2004, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]
  • 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, Sep. 2000, Japanese, Invited oral presentation
    [Invited], [Domestic Conference]

Research Themes

  • Development of electrochemical hydrogen absorption-permeation measurement for in-situ determination of trapped hydrogen and analysis of hydrogen embrittlement
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2025
    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。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 23K23090
  • Development of electrochemical hydrogen permeation measurement for in-situ determination of trapped hydrogen and analysis of hydrogen embrittlement
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2022 - 31 Mar. 2025
    伏見 公志, 坂入 正敏, 宮本 浩一郎
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 22H01822
  • TiO2 layer formation on super elastic NiTi alloy via anodization
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    01 Apr. 2021 - 31 Mar. 2024
    大津 直史, 太田 信, 坂入 正敏
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Kitami Institute of Technology, 21H01631
  • Formation of corrosion resistant surface on metals by means of metal cation assisted restoration of passive films
    Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
    Apr. 2021 - Mar. 2024
    坂入 正敏, 大谷 恭平, 五十嵐 誉廣
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), Hokkaido University, 21H01660
  • Fabrication of a bulk material composed of nano-sized layers accumulated by electro-deposition
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2011 - 2013
    MIURA SEIJI, SAKAIRI Masatoshi
    In order to fabricate a bulk material composed of nano-sized layers as a new kind of nano-materials, electro-depositing (plating) process is used. An equipment is developed to accumulate more than 100 layers by immersing into different solutions alternately to deposit different metallic layers such as copper and nickel. TEM and SEM are mainly used to investigate the microstructure of samples, and it was found that the layers are coherent each other. Many grain boundaries and twin boundaries are found in the layers, which may cause a fast diffusion of elements.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research, Hokkaido University, 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 - 2012
    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
  • Frontiers of Micro-and Nano-structure FabricationBased on the Anodizing of Valve Metals
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    2007 - 2008
    MASATOSHI Sakairi, KIKUCHI Tatsuya, TAKAHASHI Hideaki
    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。
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), Hokkaido University, 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 - 2005
    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 - 2004
    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
    Localized electrochemical reaction studied by micr-droplet cell
    Competitive research funding
  • 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 - 2002
    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 - 2001
    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
  • Development of Novel Aluminium Surface finishing
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1999 - 2001
    TAKAHASHI Hideaki, SAKAIRI Masatoshi, SHIMIZU Ken-ichi
    This is an international exchange program between Belgium and Japan. Prof. J. Vereechen and Prof. H. Terryn, Vrije Universiteit, Brussels, participated in this program as counter parts from Belgium. The purpose of this project is to exchange mutual knowledge and information to develop a novel technology for the aluminum surface treatments. The exchanging records are in the following :
    1) 1999, Nov. 13 - 29 Profs. Shimizu, Takahashi, and Dr. Sakairi visited Profs. Terryn and Vereecken at Frije Univ. at Brussels, and discussed on the anodizing of aluminum. During staying a mini- international symposium on "Aluminum Surface Science and Technology was held, and the delegation also visited several universities and companies in Belgium. The delegation visited Profs. Schultz and Lohrengel at Heinrich-Heine UNiv at Dusseldorf, Germany after Belgium, and also visited Prof. at Palelumo Univ., Italy.
    2) 2000, March 4 - 24 Prof. Terryn visited Hokkaido Univ., and discussed on the formation mechanism of oxide films with Profs. Takahashi, Seo, Ohtsuka, and Narita, and Dr. Sakairi. He also gave a lecture on AC-graining of aluminum. He also visited Prof. Shibata at Osaka Univ., and Prof. Shimizu at Keio Univ. after Sapporo. Finally, he attended the 101st Meeting of Surface Finishing Society held in Chiba to give an invited lecture.
    3) 2000, May 14 - 27 Dr. Sakairi, and Mr. Watanabe visited Prof. Terryn at Brusseles, and perfomed an experimental work by wave-resolving ellipsometry, and discussed about the film breakdown on aluminum with the colleague of Prof. Terryn. They attended 2nd Intern. Symp. on Aluminum Surface Science and Technology at Manchster.
    4) 2000, Nov. 18 - 28 Prof. Vereecken visited Prof. Takahashi and Dr. Sakairi at Hokkaido Univ., Prof. Shibata at Osaka Univ., and Prof. Shimizu at Keio Univ.
    5) 2001, August 7 - 15 Prof. Terryn visited Prof. Takahashi and Dr. Sakairi at Hokkaido Univ.
    6) 2001, August 17 - September 1 Prof. Shimizu and Dr. Sakairi visited Prof. Terryn and Prof. Vereecken at Frije Univ., at Brussels.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 11694112
  • Development of Manufacturing Technology of Micro Mechano-Electronic Devices by Laser Irradiation / AFM Probe Processing / Electrochemistry
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1999 - 2001
    TAKAHASHI Hideaki, SAKAIRI Masatoshi
    1) Fabrication of Aluminum Mold for Plastic Injection Structuring
    Aluminum mold was fabricated by hard anodizing, laser irradiation, and Ni-P electroless plating. Using the aluminum mold produced, plastic pegs with 20 cm length was obtained with a automatic mold system successfully. In the fabrication procedure, several hundred micrometer thick Ni-P layer was attempted to be deposited only at the laser-irradiated area. It was found that the local deposition of Ni-P is accomplished by forming relatively thick anodic oxide films and then by sealing pores of the oxide films.
    2) Fabrication of micro pits and grooves by laser irradiation and electrochemical etching
    Aluminum covered with anodic oxide films was irradiated with a pulsed YAG-laser in NaCl solutions on open circuit or during anodic polarization. The laser irradiation on open circuit allowed the production of cone shaped pores, while the laser irradiation during anodic polarization produced hemispherical pores. Micro grooves with 10 to 50 micrometer diameter was fabricated successfully by formation of barrier anodic oxide films, laser irradiation, formation of porous anodic oxide films at the laser irradiated area, and dissolution of anodic oxide films.
    3) Fabrication of nano groves by AFM probe processing
    Aluminum covered with thin anodic oxide films was scratched with AFM probes in solutions. The grooves with several hundred nanometer width were formed successfully on aluminum. The processing rate was found to depend strongly on the solution pH and chemical composition.
    4) Fabrication of micro wires by laser irradiation of the aluminum rod
    Aluminum rods with 2 - 5mm diameter was anodized to form porous anodic oxide films and then irradiated with a pulsed YAG laser in Ni^<2+> solutions. During laser irradiation, the aluminum rod was rotated and moved upward at a steady rate. After laser irradiation, the rod was cathodically polarized to deposit Ni at the laser irradiated area, and then immesed in a NaOH solution to dissolve the aluminum substrate. A nickel spiral wire with 50 micrometer width could be obtained successfully.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (A), HOKKAIDO UNIVERSITY, 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 - 1999
    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 - 1999
    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 - 1998
    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 - 1998
    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
  • CLARIFICATION AND SUPPRESSION OF ACCELERATED OXIDATION IN MoSi_2 AS A ULTRA-HIGH TEMPERATURE MATERIAL.
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1997 - 1998
    KUROKAWA Kazuya, SAKAIRI Masatoshi, TAKAHASHI Hideaki
    MoSi_2 has been known for a promising material for ultra-high temperature applications. Although MoSi2 has outstanding oxidation resistance, it also shows accelerated oxidation behavior, resulting in pesting, especially at low temperatures. The accelerated oxidation and posting are based on simultaneous oxidation of Mo and Si. However, the mechanism of the simultaneous oxidation has not been clear. Aims of the present research are to clarify the mechanism and the method of the suppression. The main results are as follows.
    (1) The accelerated oxidation is most severe at temperatures ranging from 673 to 773 K and became much milder as temperature increases.
    (2) The accelerated oxidation and pesting are liable to occur under a combination of defects on surface of MoSi2 and H2O vapor in atmospheres.
    (3) As the atomic ratio of Mo/Si increases, the oxidation resistance decreases. However, the effect is appreciably small.
    (4) Defects such as pores and cracks are responsible for the accelerated oxidation and pesting. Conversely, the accelerated oxidation and pesting are completely suppressed by using fully dense MoSi2.
    (5) The initiation sites of the simultaneous oxidation are deffects.
    The accelerated oxidation and pesting, after all, are most strongly affected by preexisting defects located on the surface of MoSi2. Thermodynamical consideration also shows that the simultaneous oxidation is not an intrinsic property of MoSi2.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 09450263
  • Surface Patterning of Aluminum Using Pulsed-YAG Laser
    Grants-in-Aid for Scientific Research
    1996 - 1998
    TAKAHASHI Hideaki, SAKAIRI Masatoshi, KUROKAWA Kazuya
    Aluminum specimen covered with porous anodic oxide films was irradiated with a pulsed Nd-YAG laser in solutions containing metal ions, and then electro- or electroless- plating was carried out. Fine pattern was produced on an insulating organic board by the successive processes of anodizing, laser irradiation, metal deposition, insulator gluing, and metal substrate dissolution.
    The main results obtained in this investigation are in the following.
    1) Reaction during laser irradiation
    It was found that laser irradiation causes the anodic oxide film to be removed effectively from the substrate at the laser-irradiated area, and that the film removal can be explained in terms of the laser ablation of the metal substrate. Spot size, D, and line width, W, of laser irradiated area was examined as the functions of laser power, distance between lens and specimen, and focal length of lens, and the D and W was found to be controlled in the range 15- 500 mm.
    During laser irradiation in solutions containing Pd2+, Cu2+, and Ni2+ ions, fine particles of metals, Pd, Cu, and Ni, deposited on the surface at the laser-irradiated area, and this was verified by XPS and rest potential measurements. This is due to the redox reaction between metal ions and the aluminum substrate.
    2) Metal deposition after laser irradiation
    During cathodic polarization of the specimen in the solution containing Cu2+ or Ni2+ ions after laser irradiation lead to the deposition of a dense layer of Cu or Ni only at the film-removed area. The current efficiency for Cu or Ni deposition was about 100 %.
    Localized electroless plating of Ni-P was also accomplished at the laser-irradiated area by changing the Pb2+ ion concentration in the electroless plating solution. At the initial stage of the Ni-P electroless plating, the fine particles depositing during laser irradiation were observed to act as nuclei of Ni-P deposition. The Pd particles enhanced Ni-P deposition very much, while Cu particles did not show any effect.
    3) Fine patterning on organic insulating board
    By computer control, fine patterns could be drawn, using Ni and Cu deposition after laser irradiation on aluminum. The patterned specimen was glued on a glass fiber-reinforced epoxy resin board, and the metal substrate was removed by dissolution in NaOH solution. The successive processes showed a possibility of the development of a new technology in the printed wiring board manufacturing industry.
    Japan Society for the Promotion of Science, Grant-in-Aid for Scientific Research (B), HOKKAIDO UNIVERSITY, 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 - 1997
    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               
    Competitive research funding
  • 金属材料の腐食・防食に関する研究               
    Competitive research funding
  • レーザや微小液滴セルを用いる局部表面処理・電気化学               
    Competitive research funding
  • Locallized corrosion of metals               
    Competitive research funding
  • Local Surface Treatment on al by LASER               
    Competitive research funding
  • Localized Corrosion on Metals by Photon Rupture Method               
    Competitive research funding
  • Local Surface Treatment on Al by LASER               
    Competitive research funding
  • Study on Anodic Oxidation behavior of Aluminum               
    Competitive research funding

Industrial Property Rights

  • めっきによる三次元構造体の形成法               
    Patent right
    2002-256325

Social Contribution Activities

  • 全道理科研究発表大会評価委員               
    12 Oct. 2017 - 13 Oct. 2017
    Advisor
    Lecture
    北海道高等学校文化連盟
    全道理科研究発表大会

syllabus

  • 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