| 研究課題/領域番号 |
19K05069
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
海老原 健一 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 研究主幹 (40360416)
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| 研究分担者 |
鈴土 知明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, システム計算科学センター, 再雇用職員 (60414538)
松本 龍介 京都先端科学大学, 工学部, 准教授 (80363414)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 水素脆化 / 水素助長ひずみ誘起空孔モデル / 昇温脱離スペクトル / き裂進展挙動 / 反応拡散方程式 / 分子動力学 / 機械学習ポテンシャル / 空孔型欠陥 / 空孔クラスター / き裂進展 / 転位 / 水素助長格子脆化モデル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
鉄鋼材料の遅れ破壊は水素脆化が原因と考えられており、その機構の理解が欠かせない。水素脆化機構として、水素とひずみで生成された空孔や空孔クラスターの空孔型欠陥そのものを要因とする水素助長ひずみ誘起空孔（HESIV）モデルがあるが、その具体的な素過程は明確でなく実験による定量的評価も困難である。本研究では原子レベルでの計算科学的な手法を用い、空孔型欠陥の挙動及びその水素トラップ挙動を考慮した反応拡散方程式から水素脆化条件下で生成される空孔型欠陥のサイズ分布を明確にする。さらに空孔型欠陥のき裂への影響を原子レベルから解析し脆化を生じる空孔型欠陥のサイズを解明し、HESIV モデルを検証する。
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| 研究成果の概要 |
水素脆化機構の1つである水素助長ひずみ誘起空孔モデルの検証を目指し、空孔や空孔クラスターと水素の相互作用を分子静力学で評価し、空孔や空孔クラスターの挙動を考慮した水素反応拡散方程式に組み入れ、水素ひずみ誘起空孔を含む純鉄の昇温脱離スペクトルを実験条件に基づいて再現した。この計算において1.2e-6程度の空孔生成を仮定する必要があった。また、機械学習ポテンシャルを用いた分子動力学シミュレーションによって、表面エネルギーが最小とである｛110｝面より｛100｝面でき裂が起こりやすいとする観測結果の傾向を再現し、その機構を明らかとした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の結果は、今後さらに発展させることで、空孔型欠陥と脆性との相間に関する定量的な議論及び水素助長ひずみ誘起空孔モデルの定量的評価を可能とし、水素誘起損傷（主に空孔型欠陥）を回復させる最適な焼鈍条件の確立や水素貯蔵タンクなどの水素社会のインフラに必要な耐水素脆化材料の開発に貢献可能と考える。
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