2022 年度研究成果報告書

熱活性過程で理解する水素環境下疲労き裂進展加速メカニズム

研究課題

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研究課題/領域番号	20K04161
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分18010:材料力学および機械材料関連
研究機関	九州大学
研究代表者	高桑脩九州大学, 工学研究院, 准教授 (60633518)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	水素脆化 / 疲労き裂進展
研究成果の概要	水素は金属材料に侵入しその特性（強度や延性など）を悪化させる”水素脆化”を引き起こす。繰り返し荷重下においても、水素環境下ではき裂の進展速度が大幅に上昇することが報告されている。一方で、そのメカニズムは依然として不明であり、安全安心な水素社会を構築するためにはその解明が必要不可欠である。本研究では、き裂進展時にき裂先端から射出される転位と水素原子の相互作用に着目して、き裂進展加速における繰り返し負荷周波数依存性、水素温度依存性を統一的に理解できる疲労き裂進展加速モデルを確立した。
自由記述の分野	材料力学・破壊力学・強度
研究成果の学術的意義や社会的意義	我が国の国策でもある水素インフラや燃料電池自動車の普及拡大のためには “水素の影響を受けない材料”だけでなく“水素の影響を受ける材料”（例えば炭素鋼などの安価なBCC鉄鋼材料）の水素脆化の本質を見極めて安全・安心な設計指針を構築し、積極的に使用することが求められる。本研究成果はき裂進展の加速現象に着目し、そのミクロメカニズムを解明するものである。詳しくは水素によるマクロな特性変化の一つである疲労き裂進展加速現象の負荷速度依存性と水素ガス温度依存性をき裂先端部における転位と水素の熱的ミクロ相互作用により統一的に理解できることを明らかにした。