Numerical evaluation of the Choo and Lee's method for calculating hydrogen detrapping activation energies

デトラッピング活性化エネルギーを計算するためのチューとリーの方法の数値的評価

海老原 健一   ; 蕪木 英雄; 高井 健一*

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

構造材料として広く使われている鉄鋼において、水素脆化を起因とするき裂が観測されていることから、その機構解明が望まれている。鉄鋼の水素脆化を理解するためには、格子欠陥と水素の結合強さを表す水素のデトラッピング活性化エネルギーの正確な評価が重要である。通常、実験水素熱放出曲線からデトラッピング活性化エネルギーを評価するチューとリーの方法は、試料における水素拡散を無視しているため、詳細に調べられる必要がある。今回、チューとリーの方法を使って、純鉄の実験熱放出曲線から、また、実験熱放出曲線を再現できるようにパラメータを調整した一次元拡散反応方程式によってシミュレートした放出曲線から、水素のデトラッピング活性化エネルギーを評価した。その結果、試料サイズが大きくなると、チューとリーの方法はデトラッピング活性化エネルギーを過小評価することがわかった。また、このサイズ依存性は、拡散過程によるデトラッピング過程のピークが変形されることに起因することが明らかとなった。

The crack causing hydrogen embrittlement is observed in steels as the structural material. Accurate evaluation of hydrogen detrapping activation energy, which represents the binding strength between hydrogen atoms and the lattice defects, is crucial to the understanding of the mechanism of hydrogen embrittlement in steels. The Choo and Lee's method, which experimentally evaluates the detrapping energy from the hydrogen thermal desorption profile, should be scrutinized, because this method neglects the hydrogen diffusion in the specimen. By their method, we have evaluated detrapping activation energies from the experimental desorption profiles for pure iron, and also from that simulated by the 1D reaction-diffusion equation. We found that their method underestimates the detrapping energies as the specimen size is large. We also found that this dependence on the specimen size is caused by the degradation of the desorption peak of the detrapping process by the diffusion process.