精密に格子欠陥制御した金属材料中の水素挙動

本研究ではHPT(High-Pressure Torsion)加工によって結晶粒を微細化した金属材料に対して水素透過実験を行い、結晶粒界中の水素挙動について調査した。前年度はパラジウムに対してHPT加工を行い、結晶粒を微細にした試料に対して、電気化学的に水素透過試験を行い、パラジウム中の結晶粒界が水素の高速拡散経路として働くことを明らかにした。本年度はパラジウムとは異なる結晶構造を持つ鉄においても結晶粒界の働きは同じとなるのかを調査した。パラジウムの結晶構造は面心立方（FCC）構造であるのに対し、鉄は体心立方（BCC）構造である。BCC構造はFCC構造よりも隙間の多い構造となっており、水素原子の拡散も格段に速くなる。結晶粒界も隙間の多い構造であることを考慮すると、FCC金属とBCC金属で結晶粒界の働きが異なることは十分考えられる。パラジウムと同様に鉄も電気化学的に水素透過試験を行い、水素の拡散係数について評価していったが、鉄の場合、パラジウムに比べると水素透過時の表面律速が大きい上、水溶液中で腐食が起こりやすいため、表面をRFスパッタリング装置によってパラジウムコーティングした。この処理によりHPT加工を行っていない焼鈍材における水素の拡散係数は文献値とほぼ同程度の値を得ることができるようになった。さらにHPT加工を行った鉄に対して水素透過試験を行ったところ、焼鈍材よりも明らかに透過にかかる時間が増加しており、高速拡散が起こったパラジウム中の結晶粒界とは全く異なる挙動を示すことが分かった。現在、水素透過試験の条件を変えて、さらに詳細な調査を行っており、近いうちに学会や学術誌等で発表を行う予定である。

本研究ではHPT(High-Pressure Torsion)加工によって結晶粒を微細化した金属材料に対して水素透過実験を行い、結晶粒界中の水素挙動について調査した。前年度はパラジウムに対してHPT加工を行い、結晶粒を微細にした試料に対して、電気化学的に水素透過試験を行い、パラジウム中の結晶粒界が水素の高速拡散経路として働くことを明らかにした。本年度はパラジウムとは異なる結晶構造を持つ鉄においても結晶粒界の働きは同じとなるのかを調査した。パラジウムの結晶構造は面心立方（FCC）構造であるのに対し、鉄は体心立方（BCC）構造である。BCC構造はFCC構造よりも隙間の多い構造となっており、水素原子の拡散も格段に速くなる。結晶粒界も隙間の多い構造であることを考慮すると、FCC金属とBCC金属で結晶粒界の働きが異なることは十分考えられる。パラジウムと同様に鉄も電気化学的に水素透過試験を行い、水素の拡散係数について評価していったが、鉄の場合、パラジウムに比べると水素透過時の表面律速が大きい上、水溶液中で腐食が起こりやすいため、表面をRFスパッタリング装置によってパラジウムコーティングした。この処理によりHPT加工を行っていない焼鈍材における水素の拡散係数は文献値とほぼ同程度の値を得ることができるようになった。さらにHPT加工を行った鉄に対して水素透過試験を行ったところ、焼鈍材よりも明らかに透過にかかる時間が増加しており、高速拡散が起こったパラジウム中の結晶粒界とは全く異なる挙動を示すことが分かった。現在、水素透過試験の条件を変えて、さらに詳細な調査を行っており、近いうちに学会や学術誌等で発表を行う予定である。