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Development of a non-destructive method to study hydrogen behavior and hydrogen embrittlement resistance using muon spin relaxation spectroscopy

Research Project

Project/Area Number 18H01747
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research InstitutionUniversity of Toyama

Principal Investigator

西村 克彦  富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 教授 (70218189)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 松田 健二  富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 教授 (00209553)
赤丸 悟士  富山大学, 学術研究部理学系, 助教 (10420324)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2018: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000)
Keywordsアルミニウム合金 / 水素脆性 / ミュオンスピン緩和法 / イオンガン / 第一原理計算 / 組織観察 / 原子空孔 / ナノクラスタ / 水素原子拡散 / ミュオンスピン緩和 / 原子クラスター / 材料組織 / 自然時効 / 水素原子挙動 / 非破壊評価 / 組織制御 / 材料加工 / 水素脆性抑制
Outline of Annual Research Achievements

金属材料の水素脆性は広く知られたことだが、金属中水素原子の直接観察の困難さにより、水素原子の拡散や捕獲に関する実験的データは限定されている。一般に6000系アルミ合金は耐水素脆性に優れているが、純粋なAl-Mg-Si合金は耐水素脆性が相対的に低いことが知られている。Cuなどの添加元素が水素原子の拡散を抑制し、水素脆化を抑制していると考えられる。本研究では、近年実験精度が飛躍的に向上したミュオンスピン緩和法を応用し、種々のアルミ合金中の水素原子の捕獲位置と拡散挙動を解明し、水素脆性を抑制する工業的手法を探索することを目的とした。本研究では、アルミ合金に水素を注入するためにイオンガンを利用した装置を作製し、その性能検査および研究利用を試みた。
アルミニウム合金に水素をインプラント(照射)するイオンガンおよびその周辺機器を設計・作製・性能試験を終了し、種々の条件で水素インプラントを試みて、水素脱離試験でインプラント水素濃度を評価した。まず、インプラント中の試料温度を、液体窒素温度、室温、昇温100℃で行った。その結果、100℃で行った場合にインプラント水素濃度が高いことが分かった。また、インプラント水素濃度は、ほぼ照射時間に比例して増加した。しかし、ある濃度以上になると増加速度が著しく低下する。ミュオンスピン緩和実験は、Al-0.2%Cu、Al-0.5%Mg、高純度Alの3種類で行った。結果、特にAl-0.2%Cuで、顕著なミュオンスピン緩和率の増加を水素インプラント試料で観測した。これは、添加元素Cuが原子空孔と結合力が高いこと、さらに水素は原子空孔に捕獲されることから、理解できる。Al-0.5%Mgおよび高純度Alでも、ミュオンスピン緩和率の増加を観測している。これらの実験結果は、国際会議等で公表している。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(27 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Helmholtz Zentrum Berlin(ドイツ)

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      2019 Annual Research Report
  • [Int'l Joint Research] Materials and Nanotechnology, SINTEF/NTNU(ノルウェー)

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  • [Int'l Joint Research] University of New South Wales, Canberra(オーストラリア)

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      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Magnetic property of Al-Mg alloys and intermetallic compounds2021

    • Author(s)
      Nishimura Katsuhiko、Imai Kosuke、Matsuda Kenji、Nunomura Norio、Tsuchiya Taiki、Isikawa Yosikazu、Adachi Hiroki、Hutchison Wayne D.
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 877 Pages: 160226-160226

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2021.160226

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Anisotropy of Magnetization and Specific Heat of TmTi<sub>2</sub>Al<sub>20</sub> Single Crystal2021

    • Author(s)
      Namiki Takahiro、Matsumoto Yuki、Isikawa Yosikazu、Nishimura Katsuhiko
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 90 Issue: 11

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.114602

    • NAID

      210000159385

    • ISSN
      0031-9015, 1347-4073
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Time Dependence of Muon Spin Relaxation Rate in Aluminum and Al-1.6%Mg&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;Si Alloy2020

    • Author(s)
      Nishimura Katsuhiko、Matsuda Kenji、Lee Seung Won、Watanabe Isao、Jawad Majed Abdel、Matsuzaki Teiichiro
    • Journal Title

      Materials Science Forum

      Volume: 985 Pages: 10-15

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/msf.985.10

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Muon Spin Relaxation Study of Solute Vacancy Interactions During Natural Aging of Al-Mg-Si-Cu Alloys2019

    • Author(s)
      Sigurd Wenner, Calin D. Marioara, Katsuhiko Nishimura, Kenji Matsuda, Seungwon Lee, Takahiro Namiki, Isao Watanabe, Teiichiro Matsuzaki & Randi Holmestad
    • Journal Title

      Metallurgical and Materials Transactions A

      Volume: 50 Pages: 3446-3451

    • DOI

      10.1007/s11661-019-05285-y

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Abnormally enhanced diamagnetism in Al-Zn-Mg alloys2019

    • Author(s)
      Nishimura Katsuhiko、Matsuda Kenji、Lee Seungwon、Nunomura Norio、Shimano Tomoki、Bendo Artenis、Watanabe Katsumi、Tsuchiya Taiki、Namiki Takahiro、Toda Hiroyuki、Yamaguchi Masatake
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 774 Pages: 405-409

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2018.10.037

    • NAID

      130008153845

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Critical concentrations of Zn and Mg for enhanced diamagnetism in Al-Zn-Mg alloys2019

    • Author(s)
      Nishimura Katsuhiko、Matsuda Kenji、Tsuchiya Taiki、Nunomura Norio、Bendo Artenis、Isikawa Yosikazu、Imai Kosuke、Adachi Hiroki、Hutchison Wayne D.
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 9 Pages: 125111-125111

    • DOI

      10.1063/1.5126972

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Time Dependence of Muon Spin Relaxation Rate in Aluminum and Al-1.6%Mg2Si Alloy2019

    • Author(s)
      Katsuhiko Nishimura, Kenji Matsuda, Seungwon Lee, Isao Watanabe, Majed Abdel Jawad, Teiichiro Matsuzaki
    • Journal Title

      Scientific.net

      Volume: in press

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Muon spin relaxation study of solute vacancy interactions during natural aging of Al-Mg-Si-Cu alloys2019

    • Author(s)
      Sigurd Wenner, Calin D. Marioara, Katsuhiko Nishimura, Kenji Matsuda, Seungwon Lee, Takahiro Namiki, Isao Watanabe, Teiichiro Matsuzaki, and Randi Holmestad
    • Journal Title

      Metallurgical and Materials Transactions A

      Volume: in press

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      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Muon spin relaxation experiments for Al-Mg and Al-Cu alloys2021

    • Author(s)
      Katsuhiko Nishimura, Kenji Matsuda , Norio Nunomura , Takahiro Namiki , Seungwon Lee, Satoshi Akamaru, Wataru Higemoto, Teiichiro Matsuzaki, Isao Watanabe
    • Organizer
      ICPMAT2021 (Czech)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Hydrogen Trapped Sites in Al-Mg and Al-Cu alloys studied by Muon Spin Relaxation Method2021

    • Author(s)
      K. Nishimura, K. Matsuda, N. Nunomura, T. Namiki, S. Lee, W. Higemoto, T. Tsuru, T. Matsuzaki, I. Watanabe, K. Shimizu, H. Toda
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2021 (Yokohama)
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Muon Spin Relaxation of a Hydrogen Charged Aluminum2020

    • Author(s)
      Katsuhiko Nishimura, Kenji Matsuda, Takahiro Namiki, Seungwon Lee, Wataru Higemoto, Yasuhiro Miyake, Goroh Itoh, Hiroyuki Toda
    • Organizer
      The 17th International Conference on Aluminum Alloys ICAA17(Grenoble)
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      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水素チャージしたAl-Cu,Al-Mg合金のミュオンスピン緩和測定2020

    • Author(s)
      西村克彦、松田健二、並木孝洋、李 昇原、土屋大樹、髭本 亘、三宅康博、戸田裕之、平山恭介、清水一行
    • Organizer
      軽金属学会第139回
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素チャージしたアルミ合金のミュオンスピン緩和測定2020

    • Author(s)
      西村克彦
    • Organizer
      京大複合研専門研究会「短寿命RIを用いた核分光と核物性研究Ⅵ」
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Muon Spin Relaxation of a Hydrogen Charged Aluminum (Plenary Lecture)2019

    • Author(s)
      Katsuhiko Nishimura
    • Organizer
      International Conference on the Physical Properties and Application of Advanced Materials (Daegu, Republic of Korea, Sept. 1-4, 2109)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Hydrogen Trapped Sites in Aluminum Alloys Studied by Zero-Field Muon Spin Relaxation Method (Oral)2019

    • Author(s)
      Katsuhiko Nishimura
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2019 (Yokohama, Dec. 10-14)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水素チャージしたAl-0.2%Cu合金のミュオンスピン緩和測定2019

    • Author(s)
      西村克彦,松田健二,並木孝洋,李昇原,赤丸悟士,髭本亘,三宅康博,戸田裕之,清水一行
    • Organizer
      軽金属学会第137回秋季大会(東京工業大学,2019)
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金の自然時効における巨大反磁性2019

    • Author(s)
      今井康祐,西村克彦,松田健二,布村紀男,足立大樹
    • Organizer
      軽金属学会第137回秋季大会(東京工業大学,2019)
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素チャージしたアルミ合金のミュオンスピン緩和測定2019

    • Author(s)
      西村克彦,松田健二,布村紀男,三宅康博,髭本亘
    • Organizer
      J-PARC MLF産業利用報告会(秋葉原コンベンションホール7月)
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Al-Zn-Mg合金に発現する巨大反磁性2019

    • Author(s)
      西村克彦,松田健二,布村紀男,石川義和,並木孝洋,足立大樹
    • Organizer
      日本物理学会2019秋季大会(岐阜大学、9月)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Al-1.6%Mg2Siの自然時効におけるミュオンスピン緩和率の時間変化2019

    • Author(s)
      西村克彦,松田健二,布村紀男,李昇原,並木孝洋,渡邉功雄,松崎禎市郎
    • Organizer
      軽金属学会第165回春期大会(2019)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Time Dependence of Muon Spin Relaxation Rate in Aluminum and Al-1.6%Mg2Si Alloy2018

    • Author(s)
      Katsuhiko Nishimura, Kenji Matsuda, Seungwon Lee, Isao Watanabe, Majed Abdel Jawad, and Teiichiro Matsuzak
    • Organizer
      International Conference on the Physical Properties and Application of Advanced Materials
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ミュオンスピン緩和法によるAl-Mg-Si の自然時効におけるCu 添加効果2018

    • Author(s)
      西村克彦,松田健二,布村紀男,李昇原,並木孝洋,渡邉功雄,松崎禎市郎
    • Organizer
      軽金属学会第135回秋期大会(2018)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] ミュオンスピン緩和法によるアルミ合金中の水素原子挙動2018

    • Author(s)
      西村克彦、松田健二、布村紀男、渡邊功雄、髭本亘、三宅康博
    • Organizer
      短寿命RIを用いた核分光と核物性研究Ⅴ(京大原子炉)
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      2018 Annual Research Report
  • [Book] アルミニウム合金の熱処理とミュオン測定検討部会報告書2021

    • Author(s)
      松田健二、友野大、西村克彦、布村紀男、池田賢一、本間智之、立山真司、足立大樹、廣澤渉一、有賀康博、里達雄
    • Total Pages
      124
    • Publisher
      一般社団法人 軽金属学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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