First-principles study of hydrogen segregation at the MgZn precipitate in Al-Mg-Zn alloys

Al-Mg-Zn合金の水素偏析に関する第一原理計算

都留 智仁   ; 山口 正剛   ; 海老原 健一   ; 板倉 充洋  ; 椎原 良典*; 松田 健二*; 戸田 裕之*

Tsuru, Tomohito; Yamaguchi, Masatake; Ebihara, Kenichi; Itakura, Mitsuhiro; Shiihara, Yoshinori*; Matsuda, Kenji*; Toda, Hiroyuki*

高強度の7000番台アルミニウム合金の水素脆化はAl合金の実用における重要な問題と考えられてきた。しかし、近年の観察技術の発展にもかかわらず、Al合金中の水素の挙動を実験的に捉えることは非常に困難である。本研究では7000番台の特徴であるMgZn析出物に着目して、析出物内部及びAl-析出物界面における水素偏析を第一原理計算を用いて体系的に検討した。零点エネルギーを考慮したトラップエネルギー解析により、MgZnの内部には9つの格子間サイトが存在することが確認されたものの、Alの四面体サイトより不安定であることから析出物内部への偏析は生じないことがわかった。一方、Al-析出物界面の安定なサイトではトラップエネルギーが-0.3eVと非常に大きいことがわかった。これはAl中の粒界などのトラップサイトより大きく、Al-析出物界面がAl合金中の優先的な偏析サイトになることを示唆している。

Hydrogen embrittlement susceptibility of high strength 7xxx series Al alloys has been recognized as the critical issues in the practical use of Al alloys. Focusing on the interface between MgZn precipitates and an Al matrix, which is considered as one of the important segregation sites in these alloys, we investigated the stable -MgZn-Al interface, and the possible hydrogen trap sites in MgZn and at the -MgZn-Al interface via first-principles calculation. Most of the interstitial sites inside the MgZn crystal were not possible trap sites because their energy is relatively higher than that of other trap sites. The trap energy of the most favorable site at the -MgZn-Al is approximately -0.3 eV/H, which is more stable that of the interstitial site at the grain boundary. The interface between MgZn and Al is likely to be a possible trap site in Al alloys.