研究課題
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。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Journal of Alloys and Compounds
巻: 877 ページ: 160226～160226
10.1016/j.jallcom.2021.160226
Journal of the Physical Society of Japan
巻: 90 ページ: 114602-1-5
10.7566/JPSJ.90.114602
