水素脆性のナノオペランド解析―多元情報のシンクロ再生―

氢脆纳米操作分析-多维信息同步再现-

基本信息

批准号：
21H04536
负责人：
高橋可昌
金额：
$ 26.21万
依托单位：
Kansai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04536/
关键词：
水素脆性

项目摘要

本研究は、金属材料における水素脆性の仕組み（動的プロセス）をナノスケールで実験的に解き明かすことを目的とする。具体的には、走査透過型電子顕微鏡（STEM）内部に形成した水素ガス環境中で負荷試験を行い、破壊過程のSTEM像、荷重変化、及び破壊時における電子エネルギー損失スペクトル（EELS）を詳細に記録する、というものである。四ヶ年計画の二年目（2022年度）は、まず2021年度から進めてきた要素実験であるEELSによる水素検出について継続的な検討を行った。とくに水素吸蔵金属（パラジウム；Pd）を対象に、ガス環境中でのその場観察・EELS実験を重ね、低エネルギー側に現れる水素化合物特有の信号検出を確かなものにした。その結果、水素化物のマッピングにも手が届きつつある。一方、水素環境下における破壊特性評価の面では、当初計画の代替実験として考案したマクロ試験片を用いた破壊実験（水素助長割れ試験）に着手した。低ガス圧下では数１００時間に渡る負荷保持の後でもき裂発生に至らない一方、水素吸蔵に起因すると見られる伸びが明確に検出され、更に興味深いことに変形抵抗が時間とともに増加する傾向が確認された。これは水素吸蔵がもたらす何らかの微視的作用（変形の助長と抑制）の結果であると推測され、この現象が巨視的脆性発現の解明に糸口を与えうると直感された。なおこれらに並行して、EELSデータ校正に必要となるバルク結晶の水素吸蔵特性調査を進めた。その結果、予ひずみ量が多いほど飽和吸蔵までの時間が明確に短くなるデータを得た。これは水素吸蔵に際して結晶欠陥が強く影響を及ぼす証拠である。

本研究的目的是通过实验阐明纳米尺度金属材料氢脆的机理（动态过程）。具体而言，我们在扫描透射电子显微镜（STEM）内部形成的氢气环境中进行了负载测试，获得了断裂过程、负载变化以及断裂时电子能量损失谱（EELS）的详细STEM图像。是录音的意思。在四年计划的第二年（2022财年），我们首先继续研究使用EELS的氢检测，这是自2021财年以来一直在进行的元素实验。特别是，我们在气体环境中对吸氢金属（钯；Pd）进行了反复的原位观察和EELS实验，并且能够可靠地检测到低能侧出现的氢化合物特有的信号。因此，氢化物测绘也触手可及。另一方面，为了评估氢环境下的断裂特性，我们开始使用宏观试验片进行断裂实验（氢辅助裂纹试验），作为原计划实验的替代方案。在低气压下，即使在负载保持数百小时后也不会发生裂纹，但可以清楚地检测到似乎是由于吸氢引起的伸长，并且更有趣的是，证实了变形抗力随时间增加的趋势。事情已经完成了。据推测，这是储氢带来的某种微观效应（促进和抑制变形）的结果，直觉上这种现象可以为阐明宏观脆性提供线索。与此同时，我们研究了块状晶体的储氢特性，这对于 EELS 数据校准是必要的。结果，我们获得的数据表明，随着预应变量的增加，饱和储存时间明显变短。这证明晶体缺陷对储氢有很大影响。