デトラップ活性化エネルギー算出のためのChoo-Leeの手法の適用性に関する数値解析評価

Numerical estimation of applicability of Choo and Lee's method for evaluating detrapping activation energy

海老原 健一   ; 蕪木 英雄; 高井 健一*

Ebihara, Kenichi; Kaburaki, Hideo; Takai, Kenichi*

鉄鋼の水素脆化機構の理解のためには、鋼材中の水素存在状態に大きく影響する水素と格子欠陥の結合エネルギーを適切に評価する必要がある。近年、原子レベルの計算により結合エネルギーの見積もりが可能となった。また、低温からの昇温脱離解析(TDA)で比較的小さい結合エネルギーの欠陥の水素放出ピークが同定可能となったことから、そのような欠陥の結合エネルギーを実験的に評価できるようになった。そのため、両者の比較により実際の結合エネルギーを考察することが可能となると考えられる。しかし、TDAから結合エネルギーを評価できるChoo-Leeの手法は、水素放出過程が熱解離律速であることが前提であるため手法の適用条件は限定的である。よって、本研究では、Choo-Leeの手法の適用条件を数値解析によって考察し、その結果、結合エネルギーの算出精度は、昇温脱離解析の初期状態に大きく依存し、水素を吸蔵した試料を水素放出開始温度より低温で保持した場合、熱解離律速条件が緩和されることがわかった。この結果は、欠陥と水素の実際の結合エネルギーを同定するための知見を与え、水素脆化機構の理解に寄与すると考えられる。

In order to understand the mechanism of hydrogen embrittlement of steels, it is necessary to evaluate the binding energy between a lattice defect and a hydrogen atom which influences the hydrogen trapping state in steels. Since the binding energy can be evaluated theoretically and experimentally due to recent development of technologies, it may become possible to estimate the binding energy in practical steels. Because the Choo-Lee method for estimating the binding energy from the thermal hydrogen desorption analysis is restricted to the case of the thermal-detrapping-determining hydrogen desorption process, the applicability of the Choo-Lee method was studied numerically. As a result, it was found that the restriction of the Choo-Lee method is relaxed when the hydrogen-charged specimen is held below the temperature at which the hydrogen desorption starts.