| 研究概要 |
先進金属系材料は極めて環境に敏感であり,材料中に水素が吸蔵されることにより水素ぜい化を生じることが問題となっている。したがって,実使用環境中における延性・じん性を改善し,実用に耐えうる材料を開発するためには,材料内部の水素の局在化存在状態を明らかにして,水素溶解量・局在化水素分布と環境ぜい化特性の関係を明らかにして,限界強度特性を明らかにすることが不可欠である。本研究においては,昇温水素分析による局在化水素の状態分析と原子間力顕微鏡によるその場ナノ損傷評価手法を用いて先進金属系高強度材の動的環境強度機構について考察を加えた。TiAl金属間化合物の陰極水素チャージ条件下においては,吸蔵水素量が極めて大きくなるが,ほとんどの吸蔵水素は低温度で分解する水素化物として表面層で吸蔵されること,また,これらの水素化物は,構造あるいは水素位置が異なる複数の水素化物よりなることなどを明らかにした。さらに,陰極水素チャージ条件下ではき裂進展が乾燥空気中に比べて加速するが,この加速をもたらす水素としては,製造時に吸蔵された格子内水素に加え,陰極水素チャージにより吸蔵される水素,さらにき裂先端より疲労荷重負荷時に吸蔵される水素がき裂進展の加速をもたらす要因として重要な役割を果たしている。さらに,環境ぜい化き裂のき裂先端開口変位は,材料組織や水素溶解量の影響を受けて,疲労き裂に比較してそのばらつきが大きいものの,その開口量は小さく,より鋭いき裂形状を有すること,また,自然腐食条件下の静SCCき裂はサブμmオーダでもほぼ直線状に進展するとともに,停留することなく安定的に成長し,CTODもほぼ一定値を保つが,粒界3重点に達した時には,き裂進展速度が低下し,同時にCTODが増加し,き裂が鈍化して停留する。その後,粒界に沿ってき裂進展経路を変えると,再びき裂は再鋭化するとともに,き裂進展速度が増加する。一方,陰極水素チャージ条件の静SCCは,表面近傍で粒内ぜい性割れであり,その割れ形態に対応して,自然腐食下の静SCCと比較すると,き裂の蛇行が大きく,また,μmオーダにおいて進展と停留を繰返しながら成長することを明らかにした。さらに,銀デコレーション法を用いて,水素の局在化分布を銀粒子の分布として現出させることにより可視化できることを示すとともに,表面電位顕微鏡を用いることにより,その分布を検出できることを示した。これらにより,動的応力下の環境ぜい化き裂進展機構について考察を加えた。
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