数値シミュレーションによるアルミニウムの水素昇温脱離曲線の解釈

Interpretation of thermal desorption spectra of hydrogen from aluminum using numerical simulation

海老原 健一   ; 山口 正剛   ; 都留 智仁   ; 板倉 充洋  

Ebihara, Kenichi; Yamaguchi, Masatake; Tsuru, Tomohito; Itakura, Mitsuhiro

水素脆化は応力腐食割れの原因の1つとして考えられている。鉄鋼材料と同様に高強度アルミニウム合金の開発では水素脆化は重大な問題となっている。アルミニウム合金における水素脆化の研究は鉄鋼材料における水素脆化機構の解明に示唆を与えると考えられる。水素脆性を理解するためには、合金中の水素トラップ状態を知ることは避けられず、それは水素の熱脱離分析法を用いて同定することができる。本研究では、円筒状試料および板状試料について報告されたアルミニウム中の水素の熱脱離スペクトルを数値シミュレーションし、それらに含まれる脱離ピークをトラップサイト濃度およびトラップエネルギーに基づいて解釈した。その結果、最低温度側の脱離ピークは粒界から生じることが明らかとなり、他の脱離ピークは報告された解釈が合理的であることが確認された。さらに、試料を加熱する過程で転位や空孔のトラップサイト濃度が変化する可能性を示す結果を得た。この結果は、鉄鋼材料において昇温脱離曲線から水素トラップ状態を解釈する上で有意な示唆を与えるものである。

Hydrogen embrittlement (HE) is considered as one cause of stress corrosion cracking. HE is a serious problem in the development of high strength aluminum alloy as with steels. For understanding HE, it is inevitable to know hydrogen trapping states in the alloys and it can be identified using thermal desorption spectrometry of H. In this study, we numerically simulated thermal desorption spectra of hydrogen in aluminum for a cylindrical and a plate specimens and interpreted the desorption peaks included in them on the basis of the trap site concentration and the trap energy. As a result, we found that the peak at the lowest-temperature side can result from grain boundaries and confirmed that the reported interpretation for other peaks is reasonable. We also obtained the result showing the possibility that the trap site concentration of defects changes during heating the specimens. This result may give a suggestion for the interpretation of temperature desorption spectra of steels.