| Project/Area Number |
21K14049
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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 | National Institute for Materials Science (2022-2023)
Fukuoka University (2021) |
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Principal Investigator |
和田 健太郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究センター, 研究員 (50881124)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 純ニッケル / 水素脆化 / 高圧水素ガス / 硫黄 / 粒界偏析 / 低ひずみ速度引張試験 / 粒界破壊 / 引張試験 / ニッケル / 水素濃度分布の可視化 |
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| Outline of Research at the Start |
高強度な耐水素金属の開発において水素助長粒界破壊が障壁となっている一方，そのメカニズムは長年未解明であった．本研究では，水素助長粒界破壊の根幹をなすプロセスである結晶粒界への水素の集積挙動，集積した水素による粒界結合力の低下挙動を実験により定量的に解明し，水素助長粒界破壊が生じる条件およびそのメカニズムを明らかにすることを目的とする．本研究で得られる成果は，水素助長粒界破壊の抑止に対して重要な知見を与え，耐水素金属の高強度化に貢献するものである．
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までの研究により，試験温度が低くなるにつれて純ニッケルの水素脆化における結晶粒界の役割が変化することが明らかとなった．そこで，本年度においては，中空試験片方式を活用することによってより低い温度域で試験を実施し，さらに幅広い温度域において水素助長破壊における結晶粒界の役割を調査した．その結果，内部水素存在下においては，結晶粒界にトラップされた水素が破壊を支配する一方，外部水素存在下では，結晶粒界に沿って拡散した水素が破壊を支配することが明らかとなった．また，非常に低い温度では外部水素による水素脆化が生じなくなることを解明した．このことは，今後極低温・水素環境下でニッケル合金を使用する上で重要な事実であることから，引き続き詳細な調査を行う予定である．
研究と並行して，一連の研究成果を論文および学会にて発表した．投稿論文として，前年度に投稿していた，内部水素試験と外部水素試験を行った場合における水素脆化メカニズムの違いに関する論文（Hydrogen-induced intergranular cracking of pure nickel under various strain rates and temperatures in gaseous hydrogen environment）がMaterials Science and Engineering: Aに掲載された．また，本課題で行った研究を総括した論文（高圧水素ガスによる純ニッケルおよび銅ニッケル合金の水素脆化）を新たに投稿し，まてりあ（日本金属学会会報）に掲載された．学会発表として，ノルウェーで開催された研究会（Hydrogen and Materials Integrity Workshop）にて研究成果を報告し，国内外の研究者と活発な討論を行った．その他，3件の口頭発表を行っている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
純ニッケルの粒界破壊における水素と硫黄の相乗的な効果を解明するという当初の研究目的については，おおよそ達成できたと考える．加えて，研究の過程において，内部水素と外部水素によって水素脆化メカニズムが異なるということが新たに分かり，この場合には内部水素の場合とは異なる水素と硫黄の相互作用が存在すると予測されることから，今後解決すべき新たな研究課題が見つかった．これらを考慮し，「おおむね順調に進展している」と判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題での実験の実施は本年度までであり，2024年度には研究成果の発表を予定している．研究の過程において，内部水素と外部水素の場合に異なる水素脆化メカニズムが存在することが新たに分かった．このことは，外部水素の影響下では，内部水素の場合と異なる硫黄の役割が存在することを示唆している．この役割を解明することは，学術的な観点からも実用的な観点からも重要であり，これまでにない新たな知見が得られる可能性も高いことから，新たな研究課題として予算申請を計画している．
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