2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of environmental hydrogen embrittlement of high-strength aluminum alloys via dynamic quantitative monitoring of hydrogen in conventional atmospheres
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21H01604
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
堀川 敬太郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (50314836)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 暢伴 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (50452404)
山田 浩之 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (80582907)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素 / 破壊 / アルミニウム合金 / 動的計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
R3(2021)年度では，現在までに開発準備を進めている材料変形・破壊時の動的水素の定量計測システムを完成し，計測条件の最適化を図った。これまでの実証予備実験は，所有する昇温脱離分析の検出器を代用し，汎用の縦型材料試験機に接続した代替的な試行で限定的に行ってきた。そこで，本研究では，試験容器，低ひずみ速度試験装置(SSRT)，半導体水素ガスセンサーガスクロ(SGC)，デジタル画像相関法(DIC)，を新規に組み合わせることで，材料変形・破壊時の動的計測に特化した新たな水素定量計測システムを構築した。システム開発においては，試験片容器内に導入するガスの種類や流速などを変化させた中で，ひずみ速度を変えた低ひずみ速度材料試験を行い，水素放出の定量化に対する再現性を確認する実験を様々な高強度アルミニウム合金を用いて行った。現在，半導体水素ガスセンサーガスクロの水素サンプリング間隔を2minに設定して試行的に計測しているが，ひずみ速度の速い場合を想定して，サンプリング間隔を現状よりも短く（1min未満）したガスクロマトグラフを導入する計画とする。また半導体にかわる水素検出素子として，半連続ナノPd膜を試験片表面に被覆した状態で，抵抗スペクトロスコピー法での水素検出を行い，更なる高感度計測の可能性についても調査した。亀裂の発生点を固定するために、ノッチ付きの試験片を用意し、あらかじめ、Ni-PめっきやZnめっきの手法で局所的に水素を吸蔵させたAl-Zn-Mg系合金のT6処理材の亀裂進展に対する水素の作用を動的に観察することを計画する。応力拡大係数や亀裂進展速度の関係を水素の量と対比させて考察することで、高強度アルミニウム合金の水素脆性破壊に対する水素原子の作用を動的に明らかにする。
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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
当初の計画通り，試験容器，低ひずみ速度試験装置(SSRT)，半導体水素ガスセンサーガスクロ(SGC)，デジタル画像相関法(DIC)，を新規に組み合わせることで，材料変形・破壊時の動的計測に特化した新たな水素定量計測システムを構築した。システム開発においては，亀裂の発生や伝播の過程も捉えることができるように、高速度カメラのシステムも組み込み、試験片容器内に導入するガスの種類や流速などを変化させた中で，ひずみ速度を変えた低ひずみ速度材料試験を行い，水素放出の定量化に対する再現性を確認する実験を様々な高強度アルミニウム合金を用いて行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発した横型低ひずみ速度試験装置(SSRT)，半導体水素ガスセンサーガスクロ(SGC)，デジタル画像相関法(DIC)，を新規に組み合わせることで，材料変形・破壊時の動的計測に特化した新たな水素定量計測システムを構築した。このシステムを用いて、あらかじめNi-PめっきやZnめっきの手法で局所的に水素を吸蔵させたAl-Zn-Mg系合金の亀裂発生部からの水素の情報を取得する。水素の有無による亀裂進展速度を比較することで、亀裂伝播に対する水素の作用とその量を明確にすることを今後の計画と知る。
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