Numerical interpretation of hydrogen thermal desorption spectra for iron with hydrogen-enhanced strain-induced vacancies

水素助長ひずみ誘起空孔を含む鉄の水素昇温脱離スペクトルの数値的解釈

海老原 健一   ; 杉山 優理*; 松本 龍介*; 高井 健一*; 鈴土 知明   

Ebihara, Kenichi; Sugiyama, Yuri*; Matsumoto, Ryosuke*; Takai, Kenichi*; Suzudo, Tomoaki

応力腐食割れの原因の1つと考えられている水素脆化に関し、近年、材料の変形時に水素により過剰生成した空孔が直接の原因と考える水素助長ひずみ誘起空孔モデルが提案されている。しかし、その定量的考察はあまりなされておらず、誘起空孔の挙動の定量的評価が必要である。このことから、本研究では、水素添加と同時にひずみを与えた純鉄の薄膜試料の水素熱脱離スペクトルを、空孔及び空孔クラスターの挙動を考慮したモデルでシミュレーションした。モデルでは、9個の空孔からなる空孔クラスター()までを考慮し、空孔及び空孔クラスターの水素トラップエネルギーとして、分子静力学で見積もった値を用いた。また、拡散に関するパラメータも原子レベル計算で評価した値を用いた。結果として、モデルは、全体としてスペクトルを再現し、時効処理の温度に対するスペクトルの変化も再現した。一方、実験との2つの特徴的な違いも現れ、その考察から、及びの拡散はモデルより遅いこと、また、水素と共にひずみを与える際に、空孔クラスターも生成されることの可能性が見出された。本モデルは、照射で生成した空孔の挙動の考察にも応用可能と考える。

We simulated the thermal desorption spectra of a small-size iron specimen to which was applied during charging with hydrogen atoms using a model incorporating the behavior of vacancies and vacancy clusters. The model considered up to vacancy clusters , which is composed of nine vacancies and employed the parameters based on atomistic calculations, including the H trapping energy of vacancies and vacancy clusters that we estimated using the molecular static calculation. As a result, we revealed that the model could, on the whole, reproduced the experimental spectra except two characteristic differences, and also the dependence of the spectra on the aging temperature. By examining the cause of the differences, the possibilities that the diffusion of clusters of and is slower than the model and that vacancy clusters are generated by applying strain and H charging concurrently were indicated.