Competitive understanding of hydrogen embrittlement and ductile fracture based on IMC particles in Al-Zn-Mg alloys
| Project/Area Number |
21K14037
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 水素脆性 / アルミニウム合金 / 放射光X線CT / 変形破壊挙動 / 水素トラップ / 金属間化合物粒子 / Al-Zn-Mg合金 / 水素脆化 / 放射光 / X線トモグラフィー |
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| Outline of Research at the Start |
本提案は、Al-Zn-Mg合金中の金属間化合物（IMC）粒子に依存する、水素脆性破壊・延性破壊の競合理解を目的とする。申請者は、直近の研究で、IMC粒子への優先的水素トラップにより、水素脆化を抑制できることを発見した。これにより、IMC粒子による水素脆化抑制を期待できるが、他方で、IMC粒子は延性破壊の核としても振る舞う。強度－耐水素脆性（延性）バランスの優れたAl-Zn-Mg合金を創製するためには、このIMC粒子の破壊にもたらす競合効果を理解する必要がある。本提案では、合金の破壊挙動を放射光その場観察し、独自の水素解析技術により、IMC粒子の正負の効果の競合理解を達成する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Overcoming hydrogen embrittlement is a challenge in strengthening Al-Zn-Mg alloys. As a specific method to overcome this problem, dispersion of intermetallic compound particles has been proposed in this study. Using synchrotron 3D/4D fracture analysis and hydrogen partitioning analysis, the challenge of increasing the strength and ductility of Al-Zn-Mg alloys by particle dispersion was taken up.
Al7Cu2Fe and Mn-bearing particles were selected as the main intermetallic compound particles. The study has demonstrated both experimentally and computationally that Mn-bearing dispersoids with high internal hydrogen trapping capacity are formed in Mn-added alloys, and that hydrogen embrittlement is suppressed. The Mn particles are more finely morphologically controllable than Al7Cu2Fe, and are therefore strongly expected to contribute to improving the mechanical properties of the alloys.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
Al-Zn-Mg合金は代表的な高強度アルミニウム実用合金であり、航空機や新幹線など重量比強度が要求される部材に用いられている。輸送コストや環境負荷の観点から高強度化が希求されているが、水素脆化がそれを阻んでいた。本研究では、新しい水素脆化の克服法として粒子分散を学術的に探究した。合金の内部に墓相と異なる第二相を形成させ、これに水素を固定させるという視点は新奇であり、今後は学術的・産業的展開を大いに期待できる。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
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[Patent(Industrial Property Rights)] 特許権2021
Inventor(s)
清水一行、戸田裕之、山口正剛
Industrial Property Rights Holder
岩手大学、九州大学、原子力研究開発機構
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
2021-103677
Filing Date
2021
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