Development of electrochemical hydrogen permeation measurement for in-situ determination of trapped hydrogen and analysis of hydrogen embrittlement

开发用于原位测定截留氢和氢脆分析的电化学氢渗透测量方法

基本信息

批准号：
22H01822
负责人：
伏見公志
金额：
$ 11.23万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。本年度、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た。この電気化学測定装置を用いて電気化学的水素透過測定を行い、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、試料内に存在する水素量の時間変化導出を試みた。なお、水素検出電極の捕捉率は白金リファレンス試料を用いて校正した。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は試料の厚さあるい硬さに依存することが明らかになった。試料内水素量と試料板厚の直線関係（切片）から、侵入面水素密度を求めることができた。この侵入面水素密度は試料のビッカース硬さや添加元素濃度に依存することを確認した。また、侵入面のカソード過電圧の増加により侵入水素量が著しく増加し、試料内に過飽和することも示すことができた。

高强度钢作为节能材料的需求日益增加，具有优异的机械性能，但其氢脆敏感性高于普通钢。为了降低氢脆的风险，需要对氢侵入现象（即前体过程）进行比以往更精确的分析。为了阐明捕获氢在诱发氢脆中的作用，本研究开发了一种新的评估方法，能够对电化学氢渗透现象中的穿透氢、非穿透氢和穿透/捕获氢进行高精度原位分析。开发用于量化进入和捕获各种钢铁材料的氢量。今年，我们创建了一种新型电化学测量装置，将传统电化学氢渗透测试方法 Devanathan-Stahurski 池与通道流双电极法相结合。该电化学测量装置用于进行电化学氢渗透测量，从样品的氢进入表面和氢提取表面以及进入室中的氢检测电极获得的每个电流值来分析氢质量平衡。得出随着时间的推移存在的氢气量。请注意，氢检测电极的捕获率是使用铂参考样品校准的。结果表明，由于碳钢样品在弱酸性硫酸钠水溶液中的阴极极化而进入样品的氢量取决于样品的厚度或硬度。根据样品中氢含量与样品板厚度之间的线性关系（截距），我们能够确定穿透表面上的氢密度。已证实，渗透表面处的氢密度取决于样品的维氏硬度和添加元素的浓度。我们还发现，随着入口表面阴极过电压的增加，侵入的氢气量显着增加，导致样品内过饱和。