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研究室だより Vol.8 小林研究室

非線形力学領域 材料構造工学講座 材料・構造強度学グループ

破壊に伴って固体材料から放出されるガス元素の動的可視化
~質量分析計と高速度マイクロスコープを備えた超高真空材料試験装置の新開発~

教授 小林秀敏,准教授 堀川敬太郎,助教 谷垣健一

当研究室では、固体材料が環境から水素を吸蔵した際の材料の破壊現象を明らかにする研究を行っています。現在、将来的な化石燃料の枯渇にも対応できるように、燃料電池などに代表されるように、水素エネルギーを有効に活用する手法の開発が国内外で行われています。水素を貯蔵・運搬したりする部品材料には、金属材料が広く用いられております。ところが、金属材料は水素が吸蔵されると、材料の種類によって程度の違いはあるものの、壊れやすくなる(もろくなる)性質があります(水素脆化現象)。したがって、水素エネルギーシステムを将来的に構築するためには、現段階から材料が水素と接触した場合に、材料特性がどのように低下するか、あるいはその特性低下を防ぐ対策を確立させておくことが重要です。水素は全原子の中でも最もサイズが小さく、また固体の中での移動(拡散)が速く、影響を与えうる水素自体は僅かの量(ppmオーダー以下)である、ことなどもあって、水素脆化現象を生じさせている時の水素の挙動を明らかにすることがこれまで困難となっておりました。kentayori_v08本研究では、その未解明の部分を明らかにすることを目的として、水素脆化現象が生じた際の水素放出と組織変化を可視化できる世界唯一の材料試験装置を新たに開発しました(図1)。この装置は超高真空環境(10-8 Pa)の中で金属材料を引張変形・破断する際に放出されるガス元素を高感度の四重極質量分析計で高速で検出(質量数1~400を1秒)しながら、材料表面の損傷をマイクロスコープで高速サンプリング(写真コマ数2000枚を1秒)することができます。破壊時の水素関連ガス放出の情報と材料損傷の組織変化の情報を同期させることが可能になりました。この装置を用いることで、環境から取り込まれた水素原子が材料組織の中でどの場所にどの程度の量集積することで水素脆化を生じさせているか、といった、これまで未解明の部分が判り始めています。

材料・構造強度学研究室 http://fracmech.me.es.osaka-u.ac.jp/

Last Update : 2015/07/14