冶金学：金属格子中に固溶した格子間水素の観察に向けて

水素含有材料は低炭素エネルギー技術の中心的な役割を担うが、水素そのものをナノスケールで検出し、その位置を特定することは難しい。このことが、より高い効率を備えた先進材料の開発を妨げている。アトムプローブトモグラフィー（APT）は、水素を三次元かつ高分解能でマッピングできるが、金属中の希薄で移動性の高い格子間水素の特性評価は、固溶度が低いこと、構造欠陥に捕捉された水素と区別しにくいこと、さらに水素導入時にアーティファクトが生じることから、依然として難しい。今回我々は、APTによって、材料中に固溶した格子間水素と、欠陥に捕捉された水素を区別できるかどうかという問題に取り組んだ。我々は、水素の代わりに重水素を用い、さらにコヒーレントな面心立方（FCC）析出物を含むFCC多主元素合金（MPEA）を使用して、重水素原子が、水素との親和性が高い相に理論予測と一致する様式で再現性良く濃縮されることを示した。さらに我々は、局所的な化学的性質と結晶構造が異なる相の間で重水素含有量の違いを識別し、この違いが、それぞれについて計算された水素固溶エネルギーの違いと整合することを明らかにした。これらの知見は、APTが、水素化物や、溶質元素が偏析した欠陥を特定するだけでなく、固溶状態の水素も調べられることを実証しており、構造用合金中の水素の相間分配に関する新たな知見をもたらすとともに、水素関連用途に向けた材料設計の指針となる。

目次へ戻る