水素脆化の潜伏期における原子空孔－水素複合体挙動

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。

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。