| Research Abstract |
燃料電池システムにおいては,燃料である水素を高いエネルギー状態で取り扱う必要が生じるため,容器に用いる材料,特に鋼材の強度信頼性の確保は最も重要な課題の一つになっている.水素脆化機構に関する研究はその重要性から継続的に行われているが,そのメカニズムは解明されておらず,水素利用機会が増加すれば水素脆化による破壊事故の割合がさらに増加することが懸念される.水素脆化メカニズムを解明するためには基礎的知見として,材料中の各種の格子欠陥への水素の配位状態と配位量,拡散性の水素の量を明らかにし,現実的な水素量のもとで様々な格子欠陥やき裂がどのように振る舞うのかを知る必要がある.本研究では,シンプルであるが重要な材料として鉄を取り上げ,水素と格子欠陥との相互作用に着目して,実験的・解析的に水素脆化メカニズムに関する知見を得ることが目的である.初年度は,(1)原子レベルシミュレーションを用いた研究として,鉄への水素の溶解熱に与えるひずみ効果の第一原理計算,刃状転位と水素の相互作用挙動の解析を行った.また,(2)き裂先端まわりの変位・ひずみ分布を直接的に観察するための基礎的検討として,原子間力顕微鏡(AFM)画像へのデジタル画像相関法の適用における課題について検討した.まず,(1)の解析によって,鉄中の水素の挙動にはせん断応力が静水圧応力と同程度の影響を持つことを示し,それが転位まわりの水素分布やトラップ量,拡散挙動に大きな影響を及ぼすこと等を明らかにした.また,(2)の実験においては,異なる環境下や解像度下でAFM画像にデジタル画像相関法を適用することで,AFM画像に含まれる画像の歪みを分類し,それぞれの歪みの影響が支配的に現れる解像度を明らかにした.
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