| 研究課題/領域番号 |
20K05128
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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 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
伊藤 吾朗 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 特命研究員 (80158758)
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| 研究分担者 |
小林 純也 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 講師 (20735104)
倉本 繁 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (10292773)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 水素 / 可視化 / トリチウムオートラジオグラフィ / 純鉄 / 塑性変形 / 水素誘起欠陥 / 粒界 / すべり帯 / 水素マイクロプリント / 2相ステンレス鋼 / 弾性反跳粒子検出法 / アルミニウム合金 / 水素化アルミニウム / 水素化チタン / 金属材料 / 弾性反跳粒子検出 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高強度構造用金属材料使用の問題点となっている水素脆化の防止に向け、現在構造用に広く使用されている4つの金属材料(鉄鋼、アルミニウム基、マグネシウム基、チタン基)中の水素について、①金属中の水素が原子状であることを利用する水素マイクロプリント法、②水素の放射性同位元素であるトリチウムを利用するトリチウムオートラジオグラフィ法、③ヘリウムイオンによる水素の反跳を利用する透過弾性反跳粒子検出法の3つの手法を用いて、各手法の欠点を補いかつ長所を発揮させ、水素挙動の解明に関する研究を飛躍的に加速させようとする。
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| 研究実績の概要 |
令和4年度は、令和3年度に富山大学水素同位体科学研究所の建屋改修のため行えなかったトリチウムオートラジオグラフィ(TARG)を主に行った。
99.99mass%の純鉄の1mm厚の焼きなまし材を電解研磨した後、エッチングを施し金属組織を現出し、陰極電解による水素チャージをしながら、20%の塑性ひずみを与えた。この処理により水素誘起欠陥が生成すると考えられる。その後約360d室温に放置し、欠陥にトラップされている水素を脱離させた。水素チャージせずにひずみのみを付与した試験片も用意した。
上記各試片に対して、室温の石英ガラス管内でトリチウムガス中でトリチウムをチャージした。この際トリチウムは、水素が脱離した水素誘起欠陥に優先的にトラップされる。そして暗室内で、原子核研究用写真乳剤を試片表面に被覆し、遮光性容器に入れ液体窒素中に保存した。257h後に試片を取出し、暗室にて現像・定着・水洗し自然乾燥させた。そしてEDX付のSEMを用いて乳剤を被覆した状態のまま、試片を観察した。
水素チャージしながら20%のひずみを与えた試片のTARG像を観察した結果、結晶粒界上、および変形帯上にトリチウムの存在を示す銀粒子が見られた。一方水素チャージせずに20%のひずみのみを与えた試片では銀粒子は観察されなかった。この結果から、水素チャージしながらひずみを与えた試片では、粒界部や変形帯で転位の切合い等により、水素誘起空孔型欠陥が形成され、室温放置により水素が脱離した後に、トリチウムガス中で暴露したことによりトリチウムが試片中に侵入し、欠陥に再トラップされたため、TARGで検出されたと考えられた。今回の試験片を水素チャージしながら破断まで引張変形させた後の破面には、粒界破面や擬へき開破面が観察されたので、上記TARGの結果は、水素助長ひずみ誘起空孔説に基づくことにより理解可能となる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
令和3年度に、行う予定であったトリチウムオートラジオグラフィについて、トリチウムを扱える富山大学水素同位体科学研究センターの建屋改修のため、設備が使用できず、研究を進めることができなかった。その影響で、令和3年度分を1年遅れて、令和4年度に行った。すでにこの状況を理由に、補助事業期間の延長を申請し、認められている。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度は、2相ステンレス鋼にトリチウムオートラジオグラフィを適用し、水素の存在位置と金属組織とを対応付け、水素の移動経路と水素が比較的安定に存在するトラップサイトとを原理的に仕分けて識別する予定である。
他方、水素プラズマ照射したアルミニウム試料を用意し、X線回折等により、金属水素化物生成を確認した後、可能であれば、水素の存在位置を3次元で可視化可能な透過ERDA(Elastic Recoil Detection Analysis: 弾性反跳粒子検出)法を適用し、同法の有用性を確認する。
そしてこれまでの成果をまとめる。
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