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2023 年度 実施状況報告書

析出組織の傾斜化によるアルミニウム合金の水素脆化抑制

研究課題

研究課題/領域番号 21K14441
研究機関新居浜工業高等専門学校

研究代表者

真中 俊明  新居浜工業高等専門学校, 環境材料工学科, 准教授 (60805068)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワードアルミニウム合金 / 表面組織制御 / 水素脆化 / 表面強加工 / 析出組織
研究実績の概要

Al-Zn-Mg系合金は時効硬化により高強度が得られるが、ピーク時効の状態では環境から侵入した水素による水素脆化感受性が高いことが問題となっている。本研究では水素が侵入する表面近傍の組織制御によって、高強度と高耐水素脆化特性の両立を試みている。2023年度は前年に用いたAl-Zn-Mg3元合金よりも溶質元素量が多く高強度化が期待されるAl-Zn-Mg-Cu系合金に対して、表面すべり摩擦処理(SFT)とその後の時効処理を適用し、断面組織観察、断面硬さ測定、低ひずみ速度引張試験による水素脆化感受性の評価を行った。SFTにおいては、荷重、スライド回数、スライド速度をパラメータとして、複数の加工条件を設定して、断面組織観察や硬さ測定を実施して適切な加工条件を選定した。その結果として、湿潤大気中での低ひずみ速度引張試験による水素脆化感受性の評価において、従来の過時効処理よりも高強度でピーク強度に迫る高強度を示しつつ、水素脆化が抑制される条件を見出すことができた。破面観察を行うと、SFTを施した表面では水素脆化による粒界亀裂は発生していないことが確認された。高強度と耐水素脆化特性の両立が達成できた要因を検討するために粒界近傍組織の観察をFE-SEMを用いて反射電子線像観察により行った。SFT後に時効処理を施した試料では表面近傍で結晶粒の微細化と析出物の不連続化が生じていると推察されたが、形成された組織が微細なため、透過型電子顕微鏡を用いた観察と比較検討する必要がある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2023年度は前年に用いたAl-Zn-Mg3元合金よりも溶質元素量が多く高強度化が期待されるAl-Zn-Mg-Cu系合金に対して、表面すべり摩擦処理(SFT)とその後の時効処理を適用し、断面組織観察、断面硬さ測定、低ひずみ速度引張試験による水素脆化感受性の評価を行った。SFTにおいては、荷重、スライド回数、スライド速度をパラメータとして、複数の加工条件を設定して、断面組織観察や硬さ測定を実施して適切な加工条件を選定した。その結果として、従来の過時効処理よりも高強度を示しつつ、水素脆化が抑制される条件を見出すことができた。その加工条件で形成された組織をイオンミリングによる鏡面仕上げ後にFE-SEMを用いて反射電子像観察を行い、粒界上析出物の分布状態観察を行った。これまでに得られた成果は学会にて発表したほか、1報論文投稿中である。

今後の研究の推進方策

2024年度は強度と耐水素脆化特性の両立が達成できた要因を考察するために、水素挙動解析や粒界近傍組織の詳細な観察を行う。前者は昇温脱離分析法を用いて、微細組織を変化させたことで水素のトラップ状態が変化したのかを検討する。後者については外部機関にて試料断面における透過型電子顕微鏡観察を計画している。それらの結果をまとめて、学会発表および論文投稿につなげる。

次年度使用額が生じた理由

研究計画の申請時点では実験の消耗品が多く必要となることを想定していたが、想定よりも実験条件の最適化が早期に達成されたために、物品費の支出が抑えられた。残額については外部機関での透過型電子顕微鏡観察を計画しているため、装置の使用料金にあてることや国際会議での成果発表に使用することとしたい。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [学会発表] 表面強加工によるAl-Zn-Mg合金の水素脆化抑制2023

    • 著者名/発表者名
      沖元研人, 真中俊明
    • 学会等名
      軽金属学会第144回春期講演大会
  • [学会発表] 表面加工によるAl-Zn-Mg合金の環境水素脆性の抑制2023

    • 著者名/発表者名
      真中俊明, 沖元研人
    • 学会等名
      日本鉄鋼協会・日本金属学会中国四国支部 日本鉄鋼協会第66回・日本金属学会第63回講演大会
  • [学会発表] 表面組織制御によるAl-Zn-Mg合金の水素脆化抑制2023

    • 著者名/発表者名
      沖元研人, 真中俊明
    • 学会等名
      第15回 軽金属学会 中国四国支部講演大会
  • [学会発表] Al-Zn-Mg-Cu合金の水素脆化特性に及ぼす表面加工の影響2023

    • 著者名/発表者名
      真中俊明, 沖元研人
    • 学会等名
      軽金属学会第145回秋期大会
  • [学会発表] Hydrogen embrittlement behavior of 7xxx aluminum alloys processed by sliding friction treatment and subsequent aging2023

    • 著者名/発表者名
      Kento Okimoto, Toshiaki Manaka
    • 学会等名
      PRICM11
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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