材料科学：高強度アルミニウム合金における水素捕捉と水素脆化

運輸からの温室効果ガス排出に対するこれまで以上に厳しい規制が、車両用材料を再検討する取り組みの動機となっている。航空機によく用いられている高強度アルミニウム（Al）合金は、自動車の重量軽減に役立つ可能性があるが、環境悪化の影響を受けやすい。水素（H）による「脆化」がその主な元凶として指摘されることが多いが、破壊の基礎となる正確な機構は詳細には分かっておらず、合金内部のHの原子スケールの解析はまだ困難であるため、この材料の耐久性を向上させる合金設計戦略の展開が阻まれている。今回我々は、高強度7xxx Al合金において、第二相粒子や粒界に捕捉されたHのほぼ原子スケールの解析を行った。我々は、これらの観察結果を用いて原子論的ab initio計算の指針を得た。その計算結果からは、合金元素とHの共偏析が粒界分離に好都合であり、Hの第二相粒子への強い分配によってマトリックスから溶質Hが除去されるためにH脆化が阻止されることが示された。今回の知見は、Al合金におけるHによる脆化の機構的理解をさらに深め、亀裂の最小化におけるH捕捉の役割を浮き彫りにするとともに、新たな合金設計の指針をもたらす。

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