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Development of electrodeposition process for aluminum alloys by deep eutectic solvent

Research Project

Project/Area Number 18K14033
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

松井 功  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (40738085)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords電析 / アルミニウム / 成長モード / 非水溶液溶媒 / DES溶媒 / ナノ結晶 / 錯化剤 / 晶融解溶媒(DES) / めっき / 大気環境 / プロセス開発 / 共晶融解溶媒 / 金属塩 / 光沢剤 / アルミニウム合金
Outline of Annual Research Achievements

近年、非水溶液溶媒を用いたアルミニウム電析に関する研究開発が行われている。非水溶液溶媒を用いた電析技術は、その析出メカニズムなどの学術的関心のみならず、Ni電析技術の代替や精錬技術への適用など産業界からの関心も集めていた。一方で、イオン液体や有機溶媒などに代表される非水溶液溶媒は、水分の存在下では十分な性能を発揮できないため、雰囲気制御を必要とする。それゆ、ラボ研究においてはグローブBOXなどの密閉空間での作業となり、水溶液系に比べ煩雑なプロセスとなるため、その関心の高さに比べ、技術開発は遅れている。本研究では、今後の非水溶液溶媒の研究開発を加速させることを念頭に、非水溶液溶媒の簡便化、つまり雰囲気制御からの脱却を目指した。具体的には、Deep eutectic solvent(DES)を溶媒とした大気環境下で操業可能なアルミニウム電析技術の開発である。
本研究の着想にあたっては、DES溶媒の開発者であるAbbottらの報告を元に、アルミニウム供給源となる塩化アルミニウムの溶解を可能とするDES溶媒を探索した。結果、尿素と塩化コリンからなるDES浴が塩化アルミニウムを溶解させることを見出した。その後、塩化アルミニウム単体ではアルミニウムの析出を得るに至らなかったが、本浴に対して塩化ニッケルを添加することで、Ni-Al合金被膜を得るに至った。
Al共析量を増加させるために、種々の錯化剤の検討を行ったが、検討を行ったすべての錯化剤がNi量の析出をもたらすものであった。同時に、非水溶液溶媒の課題として、溶媒の粘度が高く十分に攪拌効果を得ることができていない点が明らかとなった。
本研究の中で、再現性を得られていないがDES溶媒にアルミニウム電析として実績のあるDMSO2を混合したところ、大気下において金属皮膜を得る機会があり、今後のキー技術の糸口を得て本研究の終了となった。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (15 results) (of which Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Electrodeposition of bulk nanocrystalline Ni-Fe-P alloys and their mechanical and soft magnetic properties2020

    • Author(s)
      Matsui Isao、Omura Naoki
    • Journal Title

      Materialia

      Volume: 12 Pages: 100766-100766

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2020.100766

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Microstructural heterogeneity in the electrodeposited ni: insights from growth modes2020

    • Author(s)
      I Matsui, A Watanabe, Y Takigawa, N Omura, T Yamamoto
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41598-020-62565-z

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Microstructure refinement of 7150 aluminum alloy ingot with rectangular section by applying forward-reverse electromagnetic stirring2019

    • Author(s)
      Murakami Yuichiro、Li Mingjun、Matsui Isao、Omura Naoki
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Light Metals

      Volume: 69 Issue: 1 Pages: 30-35

    • DOI

      10.2464/jilm.69.30

    • NAID

      130007605580

    • ISSN
      0451-5994, 1880-8018
    • Year and Date
      2019-01-30
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Increasing the W Content in Electrodeposited Bulk Nanocrystalline Ni-W Alloys with High Ductility2019

    • Author(s)
      KODAMA Hayato、MORI Hiroki、MATSUI Isao、TAKIGAWA Yorinobu、UESUGI Tokuteru、HIGASHI Kenji
    • Journal Title

      Journal of The Surface Finishing Society of Japan

      Volume: 70 Issue: 1 Pages: 50-52

    • DOI

      10.4139/sfj.70.50

    • NAID

      130007555930

    • ISSN
      0915-1869, 1884-3409
    • Year and Date
      2019-01-01
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanical properties and microstructures after abnormal grain growth in electrodeposited Ni-W alloys2019

    • Author(s)
      I. Matsui, A. Watanabe, T. Uesugi, N. Omura, Y. Takigawa, T. Yamamoto
    • Journal Title

      Materialia

      Volume: 8 Pages: 100418-100418

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2019.100481

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Revealing the intrinsic ductility of electrodeposited nanocrystalline metals2019

    • Author(s)
      Mori Hiroki、Matsui Isao、Takigawa Yorinobu、Uesugi Tokuteru、Higashi Kenji
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 235 Pages: 224-227

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2018.10.053

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermal embrittlement and microstructure change in electrodeposited Ni2019

    • Author(s)
      Matsui Isao、Ohte Rina、Omura Naoki、Takigawa Yorinobu
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering: A

      Volume: 745 Pages: 168-175

    • DOI

      10.1016/j.msea.2018.12.098

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reduction of impurity contents in aluminum plates electrodeposited from a dimethylsulfone-aluminum chloride bath2019

    • Author(s)
      Kuma Chisaki、Sato Kana、Hanaoka Yudai、Matsui Isao、Takigawa Yorinobu、Uesugi Tokuteru、Higashi Kenji
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 783 Pages: 919-926

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2018.12.355

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ductile electrodeposited Al from a dimethylsulfone bath with trace amounts of tin chloride2019

    • Author(s)
      Kuma Chisaki、Sato Kana、Matsui Isao、Takigawa Yorinobu、Uesugi Tokuteru、Higashi Kenji
    • Journal Title

      Materials Letters

      Volume: 244 Pages: 192-194

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2019.02.074

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Direct observation of strain-stored grains in electrodeposited nanocrystalline Ni-W alloys by low-angle annular dark field diffraction contrast imaging2019

    • Author(s)
      Matsui Isao、Takigawa Yorinobu、Yamamoto Takahisa
    • Journal Title

      Scripta Materialia

      Volume: 166 Pages: 29-33

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2019.03.001

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Suppression of the thermal embrittlement induced by sulfur segregation to grain boundary in Ni-based electrodeposits2019

    • Author(s)
      Matsui Isao、Hisai Yukihiro、Uesugi Tokuteru、Omura Naoki、Takigawa Yorinobu、Higashi Kenji
    • Journal Title

      Materialia

      Volume: 6 Pages: 100312-100312

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2019.100312

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of Bulk Ni–Mo Alloys by Electrodeposition with Intermittent Addition of Sodium Molybdate2018

    • Author(s)
      Matsui Isao、Kusumori Takeshi、Omura Naoki
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 59 Issue: 11 Pages: 1823-1828

    • DOI

      10.2320/matertrans.MAW201801

    • NAID

      40021711784

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2018-11-01
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Imposition Time Dependent Microstructure Formation in 7150 Aluminum Alloy Solidified by an Electromagnetic Stirring Technique2018

    • Author(s)
      Li Mingjun、Murakami Yuichiro、Matsui Isao、Omura Naoki、Tada Shuji
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 59 Issue: 10 Pages: 1603-1609

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2017357

    • NAID

      130007486911

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2018-10-01
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Connecting Grain Boundary Stability With Tensile Behavior in Electrodeposited Bulk Nanocrystalline Ni Alloys2018

    • Author(s)
      Matsui Isao、Omura Naoki、Yamamoto Takahisa、Takigawa Yorinobu
    • Journal Title

      Materia Japan

      Volume: 57 Issue: 10 Pages: 479-486

    • DOI

      10.2320/materia.57.479

    • NAID

      130007493815

    • ISSN
      1340-2625, 1884-5843
    • Year and Date
      2018-10-01
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An Electrodeposition Process for Producing Ductile Bulk Nanocrystalline Ni–Fe Alloys in a Wide Current Density Range2018

    • Author(s)
      Matsui Isao、Kanetake Mizuki、Hosokawa Hiroyuki、Omura Naoki、Takigawa Yorinobu、Higashi Kenji
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 59 Issue: 8 Pages: 1354-1358

    • DOI

      10.2320/matertrans.M2018115

    • NAID

      130007418758

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2018-08-01
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電析ニッケルにおける熱脆化と微細組織変化2019

    • Author(s)
      松井功、大手里奈、尾村直紀、瀧川順庸
    • Organizer
      表面技術協会 第139回講演大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 電析NiおよびNi合金における熱処理後の引張特性2019

    • Author(s)
      松井功、大手里奈、尾村直紀、瀧川順庸
    • Organizer
      日本金属学会 第164回講演大会
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  • [Presentation] 幅広い電流密度範囲で作製したバルクナノ結晶Ni-Fe合金の諸特性2018

    • Author(s)
      松井功、金武泉希、細川裕之、尾村直紀、瀧川順庸、東健司
    • Organizer
      表面技術協会 第138回講演大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 電析バルクナノ結晶Ni-Fe合金における粒界安定性と熱処理条件の関係2018

    • Author(s)
      松井功、尾村直紀
    • Organizer
      日本金属学会 第163回講演大会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 電析Ni合金における熱脆化の抑制:第一原理計算による材料設計と実験的検証2018

    • Author(s)
      松井功、大手里奈、久井志紘、上杉徳照、尾村直紀、瀧川順庸、東健司
    • Organizer
      第20回関西表面技術フォーラム
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-12-27  

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