水素脆化の潜伏期における原子空孔－水素複合体挙動

氢脆潜伏期的原子空位-氢配合物行为

基本信息

批准号：
22K04667
负责人：
藤浪眞紀
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04667/
关键词：
陽電子消滅格子欠陥その場分析水素脆化

项目摘要

水素環境下で金属材料の力学特性が低下する「水素脆化」の原子レベルでの起源は未だ明らかになっていない。高感度空孔型欠陥検出法である陽電子消滅法（positron annihilation lifetime spectroscopy, PALS）により，鉄や鉄基合金を水素環境下で延伸すると空孔クラスター形成促進が報告されている。しかしながら，空孔クラスター挙動と低温昇温脱離による欠陥分析結果とは一致せず，力学特性との相関も得られていない。これらの不一致は，水素環境下で形成した欠陥は不安定であり，室温時効で変化するためと考察した。その問題点の解決のため，水素添加モードまたは水素添加＋応力一定モードでのオペランドPALS法を開発し，純鉄における水素脆化支配欠陥の解明に応用することを目的とした。陽電子源として放射性同位体を使用するため，試料や線源を水溶液や高温・高圧下に置くことは困難である。そのための着想のポイントは，金属中とくにbcc鉄の大きな水素の拡散係数である。片面から水素を添加することで，試料がmm以下であれば，全体に水素を導入することができる。PALSの測定深さは100ミクロンであるが，1 mm厚の試料では片面から水素を導入しても，両表面層に形成する欠陥は同じであることがわかっている。そこで，片面から水素を添加し，逆側の面に陽電子源を設置し，その上にプラスチックシンチレータを置くアンチコインシデンス法，あるいは寿命既知の試料を置くサブトラクション法を適用する方式を考案した。2022年度はそれらの方法の実現・有効性の実証が実績である。

“氢脆”（金属材料的机械性能在氢环境中劣化）的原子水平起源尚不清楚。据报道，使用正电子湮没寿命光谱（PALS）（一种高灵敏度空位型缺陷检测方法）在氢环境中拉伸铁和铁基合金时，会促进空位簇的形成。然而，空位簇行为与低温程序升温脱附的缺陷分析结果不匹配，并且未获得与机械性能的相关性。造成这些差异的原因被认为是在氢环境中形成的缺陷不稳定并且随着室温老化而变化。为了解决这个问题，我们开发了加氢模式或加氢+恒定应力模式的操作PALS方法，旨在将其应用于阐明纯铁中氢脆控制的缺陷。由于使用放射性同位素作为正电子源，因此很难将样品或辐射源置于水溶液中或高温高压下。其关键思想是金属（尤其是 bcc 铁）中氢的扩散系数较大。通过从一侧添加氢气，如果尺寸小于毫米，则可以将氢气引入到整个样品中。 PALS的测量深度为100微米，但众所周知，即使从1毫米厚的样品的一侧引入氢气，两个表面层上也会形成相同数量的缺陷。因此，我们设计了一种方法，其中在一侧添加氢气，在另一侧设置正电子源，并在反符合法的顶部放置塑料闪烁体，或者采用减法，其中样品与放置了已知的生命周期。 2022 财年，结果将是这些方法的实现及其有效性的证明。