ナノ力学にもとづく金属系水素分離膜の破壊現象解明と耐久性向上の検討

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水素社会の実現に向けて、水素を利用するための機器の開発が国内外で進められている。水素利用機器の安全性において、水素を吸収することにより材料の強度が低下する水素脆化は長年の課題である。本研究の目的は、水素化物に着目してPd合金の水素脆化メカニズムを明らかにすることである。その成果をもとに、脆化を抑制する方法としてナノ多結晶化を提案し、その有効性を検証する。本年度は、ナノ多結晶Pd合金バルク材の水素脆化メカニズムを調べた。まずPd合金をナノ多結晶化したときの水素分布を調べた。水素濃度が0.5のとき、単結晶の場合は、スピノーダル分解により2相分離状態となるが、ナノ多結晶化することにより2相分離状態が解消されることが確認された。次にナノ多結晶化が水素脆化対策として有効か検証するために、水素を含むナノ多結晶バルク材の引張りシミュレーションを行った。水素濃度を0.1から0.6まで変化させた。得られた応力ひずみ線図から、いずれの水素濃度においてもナノ多結晶化により引張強度が向上することが示された。さらに、系内に生じる結晶欠陥を解析したところ、転位の生成や微小き裂の進展などナノスケールの変形、破壊現象が粒界を起点としていることがわかった。