プレスリリース・研究成果

鉄に溶けた水素はどこにいる? -鉄中の水素を中性子で観測することに成功-

 東北大学金属材料研究所青木勝敏上級研究員・折茂慎一教授の研究グループは同大学原子分子材料科学高等研究機構、日本原子力研究開発機構、J-PARCセンター、中央大学、愛媛大学との共同研究により、高温高圧力下において鉄中に高濃度に溶けた水素の位置や量を観測することに世界で初めて成功しました。

 水素は鉄などの金属中へある温度、圧力条件で溶け込みます。溶けた水素は例えば材料強度を弱めるといった機械的な特性変化(水素脆性)を引き起こしますが、その現象の理解には、水素がどこにどのくらい存在するのか、という情報が重要になります。鉄中に水素は数万気圧という高圧力下でしか高濃度に溶け込むことができません。材料中の水素を観測する方法は限られ、また高温高圧力下での測定は技術的に困難でしたので、これまで実験的に観測できませんでした。今回、水素を観測することができるJ-PARCの大強度中性子線を利用して、高温高圧力下の鉄中に高濃度に溶けた水素の位置や量を、実験的に決定することに成功しました。

 これまで、面心立方構造の鉄中においては、鉄原子が作る八面体サイト(隙間)の内部のみに水素が存在すると考えられていましたが、高温高圧力下における中性子回折実験により八面体サイトに加えて鉄原子の作る四面体サイトの内部にも水素が存在することを世界で初めて明らかにしました。

 本研究の成果によって、鉄中に溶けた水素に関係する特性の変化に対する理解がより一層進むと期待されます。また各種鉄鋼材料の高品質化・高強度化に向けた研究開発や、地球内部のコア(核)に存在する鉄の研究などの進展にも役立つと期待されています。


詳細(プレスリリース本文):http://www.tohoku.ac.jp/japanese/newimg/pressimg/tohokuuniv-press_20140926_03web.pdf [PDF:1.02MB]