水素熱脱離曲線における試料サイズと初期状態の影響; 数値シミュレーションによる考察

Influence of specimen size and initial state on hydrogen thermal desorption profile; A Numerical study

海老原 健一   ; 蕪木 英雄

Ebihara, Kenichi; Kaburaki, Hideo

鉄鋼材料の水素脆化機構の解明に不可欠な水素の存在状態の知見を得る有効な実験的方法として水素熱脱離解析(TDA)がある。TDAでは加熱した鉄鋼試料から放出される水素量と試料温度の関係である水素熱脱離曲線が得られ、その曲線から水素存在状態を推定するのに重要な水素と欠陥の結合エネルギーを算出することができる。熱脱離曲線は鉄鋼中の水素の存在状態を反映しているが、試料サイズや昇温前の水素の初期状態にも影響されるため、それらの熱脱離曲線への影響を理解する必要がある。今回は、マルテンサイト鋼の実験熱脱離曲線を再現できる計算パラメータを組み入れた一次元反応拡散方程式を用いたシミュレーションによって、試料サイズと初期状態の熱脱離曲線への影響を考察した。その結果、試料サイズについては、大きくなるほど熱脱離曲線のピークが広がり、計算される結合エネルギーが小さくなることが確認された。初期状態については、水素分布が平衡となる前の過渡状態を初期状態としたサイズの大きい試料では、欠陥の水素放出と水素拡散に関する2つのピークが見られることがわかった。

The thermal desorption analysis (TDA) is the experimental method to identify hydrogen state, which is necessary for understanding the mechanism of hydrogen embrittlement in steels. From the thermal desorption profile obtained by TDA, the binding energy between hydrogen and defects, which is important for estimating the hydrogen state, can be calculated. Since the desorption profile is influenced by the specimen size and the initial hydrogen state before starting TDA, the understanding of their influence on the desorption profile is necessary. By simulating the desorption profile using the reaction-diffusion equations incorporating the parameters which were corrected by reproducing the experimental profile of martensitic steels, we confirmed that the profile peak becomes broad and the calculated binding energy becomes low when the size is large, and found that two desorption peaks are observed when the non-equilibrium state is used as initial state for the large-size specimen.