Numerical verification for the effect of suppressing hydrogen embrittlement by Sn doping in the Al-Zn-Mg alloy

Al-Zn-Mg合金へのSn添加による水素脆化抑制効果の数値検証

海老原 健一   ; 藤原 比呂*; 清水 一行*; 山口 正剛   ; 戸田 裕之*

Ebihara, Kenichi; Fujihara, Hiro*; Shimizu, Kazuyuki*; Yamaguchi, Masatake; Toda, Hiroyuki*

高強度のAl-Zn-Mg合金へのSn添加は水素脆化を抑制する効果があるとの実験的報告があり、これは、Snの第二相粒子による水素吸収に起因すると考えられる。この事実を検証するため、第一原理計算で評価した水素の固溶エネルギーを取り入れた反応拡散方程式に基づくモデルを用い、アルミ中のSn相への水素侵入のシミュレーションを実施した。その結果、Sn第二相粒子による水素吸収が水素脆化を抑制するには、第二相粒子の水素固溶サイト濃度がAl相の5倍以上必要であることが分かった。このことから、実際にはSn第二相粒子のHE抑制効果は限定的であり、実験における水素脆化抑制には他の要因の影響が考えられる。

It has been experimentally reported that adding tin (Sn) to high-strength aluminum-zinc-magnesium (Al-Zn-Mg) alloys effectively suppresses hydrogen (H) embrittlement, which may be attributed to H absorption by the second-phase particles of Sn. To verify this fact, a simulation of H entry into the Sn phase in Al was performed using a model based on the reaction-diffusion equation that incorporates the solid solution energy of H evaluated by first-principles calculations. The results showed that the H solid solution site concentration of the second-phase particles must be at least five times higher than that of the Al phase for H absorption by the Sn second-phase particles to suppress H embrittlement. Therefore, the actual H embrittlement suppression effect of Sn second-phase particles is limited, and other factors may influence the suppression of H embrittlement in the experiment.