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2013 年度 実績報告書

水素と損傷の同時可視化モニタリングによる水素エネルギー関連材料の脆化機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 23360307
研究機関大阪大学

研究代表者

堀川 敬太郎  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (50314836)

研究分担者 小林 秀敏  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10205479)
研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード水素 / 可視化 / 質量分析 / 損傷 / 破壊 / 水素脆化
研究概要

燃料電池自動車用水素貯蔵容器のライナー材の候補とされている6061-T6, 7075-T6アルミニウム合金および水素輸送配管材料であるSCM440鋼,およびと比較のための極低炭素鋼を対象として,引張き裂進展の際の水素放出を調査した。材料試験前に環境水素の導入を識別するために,予め重水を含む溶液中で陰極電解チャージ法で水素を導入した。引張試験は質量分析計つき超高真空材料試験装置に改良を加え実施した。水素脆化感受性の高い7075-T6合金の場合,水素を導入した材料では,試験片表面から粒界を伝播して水素が放出される挙動と粒内をき裂が伝播する際の水素放出挙動では明確に違いがあることが見出された。水素の導入で生じる粒界き裂の伝播速度は粒内き裂の伝播速度よりも遅いこと,水素が粒界から放出されている事実を実験的に初めて明らかにすることに成功した。また7075-T6合金は,6061-T6合金よりも引張き裂進展時の水素放出が顕著となることも明らかになった。SCM440鋼においても塑性変形の開始時に大きな水素放出が見られ,材料強度に依存した破断時の水素放出の変化も観察された。また水素マイクロプリント(HMT)法を適用した結果,いずれの合金ともひずみ速度によらず,表面に分布する晶出物や介在物と母相との界面部は水素の集積サイトとなっており,6061-T6合金においてはAlFeSi相,7075-T6合金においてはAl7Cu2Fe相の周辺,SCM440鋼においてはAl2O3相の周辺に集積していることが明らかになった。また連続的なHMT実験によって、同一試験片で変形の段階に応じて水素放出サイトが変化する様子が明確になった。材料内部での変形中の水素トラップ状態(晶出相,介在物)の違いが,合金間の水素脆化感受性の違いに強く影響しているものと結論づけられた。

現在までの達成度 (区分)
理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] The true origin of ductile fracture in aluminium alloy2014

    • 著者名/発表者名
      H. Toda, H. Oogo, K. Horikawa, K. Uesugi, A. Takeuchi, Y. Suzuki, M. Nakazawa, Y. Aoki and M. Kobayashi
    • 雑誌名

      Metallurgical and Materials Transactions A

      巻: 45 ページ: 765-776

    • DOI

      10.1007/s11661-013-2013-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 無電解パラジウムめっき薄板の水素誘起変形2013

    • 著者名/発表者名
      堀川敬太郎,佐土原愛,小林秀敏,日野実
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 77 ページ: 115-120

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 水素マイクロプリントの繰返し操作による純鉄表面における水素放出の連続的観察2013

    • 著者名/発表者名
      堀川敬太郎,藤井康仁,小林秀敏,小林憲司
    • 雑誌名

      日本金属学会誌

      巻: 78 ページ: 559-564

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Hydrogen Micro Pores on Mechanical Properties in A2024 Aluminium Alloys2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Toda, Takaaki Inamori, Keitaro Horikawa, Kentaro Uesugi, Akihisa Takeuchi, Yoshio Suzuki, and M. Kobayashi:
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 54 ページ: 2195-2201

    • 査読あり
  • [学会発表] 負荷条件を変化させた7075アルミニウム合金の水素放出挙動2014

    • 著者名/発表者名
      山田浩之, 鶴留正樹, 川﨑將司, 辻誠心, 小笠原永久, 堀川敬太郎
    • 学会等名
      軽金属学会
    • 発表場所
      広島大学
    • 年月日
      20140516-20140518
  • [学会発表] 無電解Pdめっき薄板の水素吸蔵特性2014

    • 著者名/発表者名
      堀川敬太郎,日野実,小林秀敏
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      20140321-20140322
    • 招待講演
  • [学会発表] 湿潤環境下で予疲労を受けた7075アルミニウム合金の引張特性に及ぼすひずみ速度の影響2013

    • 著者名/発表者名
      鶴留正樹,山田浩之、小笠原永久、堀川敬太郎
    • 学会等名
      軽金属学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20131109-20131110
  • [学会発表] 水素マイクロプリント法の繰返し操作による6061アルミニウム合金表面に放出される水素の連続的検出2013

    • 著者名/発表者名
      高橋優花,堀川敬太郎,谷垣健一,小林秀敏
    • 学会等名
      軽金属学会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      20131109-20131110
  • [学会発表] 高湿度環境下で予疲労を受けた7075アルミニウム合金の準静的および衝撃引張特性2013

    • 著者名/発表者名
      鶴留正樹、山田浩之、小笠原永久、、堀川敬太郎
    • 学会等名
      日本機械学会 M&M2013カンファレンス
    • 発表場所
      岐阜大学
    • 年月日
      20131013-20131013
  • [学会発表] Nanoscale microstructure effects on hydrogen behaviour in rapidly solidified aluminium alloys2013

    • 著者名/発表者名
      Iya I. Tashlykova-Bushkevich, Keitaro Horikawa
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      20130917-20130919
    • 招待講演
  • [学会発表] 引張変形中のSCM435鋼から放出される水素のマルチ質量数計測2013

    • 著者名/発表者名
      小川拓哉,堀川敬太郎,谷垣健一,小林秀敏
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      金沢大学
    • 年月日
      20130917-20130919
  • [学会発表] 高真空環境で作製した超高純度アルミニウムからの水素放出挙動2013

    • 著者名/発表者名
      中尾拡史,堀川敬太郎,谷垣健一,小林秀敏
    • 学会等名
      軽金属学会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      20130518-20130518
  • [学会発表] 湿潤環境下で予疲労変形を受けた7075アルミニウム合金の衝撃引張特性2013

    • 著者名/発表者名
      山田浩之,鶴留正樹,小笠原永久,堀川敬太郎
    • 学会等名
      軽金属学会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      20130518-20130518

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公開日: 2015-05-28  

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