日本九州大學研究生院工學研究院的主任教授戶田裕之和特任助教清水一行等人組成的研究小組，透過用大型同步輻射設施SPring-8進行4D觀察，查明瞭飛機等廣泛使用的高強度鋁合金的破壞機制。
高強度鋁合金已廣泛應用於航空太空和體育用品等領域，但由於存在氫脆化和應力腐蝕開裂等與氫有關的破壞現象，性能的進一步提高受到了阻礙。研究小組此次對高強度鋁合金的破壞程序進行4D觀察，並詳細解析了獲得的影像。最終，精確地計算出了氫在金屬材料中的分佈。
以前一直認爲鋁合金的氫脆化現象是由名爲差排的微觀缺陷引起的。但解析發現，大部分氫存在於此前認爲不會吸收氫的材料的微細粒中，隨着微細粒與鋁的界面剝離，就會發生鋁合金氫脆化現象。另外研究還發現，以前被視爲障礙物的粗大顆粒也會儲存氫，因此透過生成適當的粗大顆粒，可以減量微細粒中的氫量，抑制鋁合金的氫脆化現象。
利用此次的研究成果，有望進一步提高鋁合金的性能，比如強度和延展性等。此外，今後透過繼續操作進行各種解析，還有望開發出簡單、低成本且可應用於產業用途的技術。
相關研究成果已於7月3日（週三）發佈在金屬材料工學領域最權威的英文期刊《Acta Materialia》的網路速報版上，正式内容預定發佈在9月1日發行的第176卷中。
圖1：最近100年來的材料強度提高程序
圖2：鋁（圖中爲Al）、鐵（Fe）和銅（Cu）的氫溶解度對溫度的依賴性。固態鋁含有大量的氫，因爲只有鋁在熔點（670℃左右）時氫的溶解度會大幅變化。黃色帶狀部分表示實際材料在常溫下的氫濃度。可以看出，與液態鋁一樣含有大量氫。
圖3：鋁合金的延展性～可以控制脆性破壞現象的氫異質非集中控制概念圖。圖中的間隙、固溶體原子、空艙和析出物等標記是指鋁合金的奈米結構及奈米缺陷的類型。
圖4：鋁合金破壞現象的4D觀察結果。a)爲裝載負荷前。b)和c)爲裝載6.3％及8.6％的形變時的影像。紅色表示含有高壓氫氣的氣孔，黃色表示裂痕。
論文資訊
Assessment of hydrogen embrittlement via image-based techniques in Al–Zn–Mg–Cu aluminum alloys ,Acta Materialia,
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.06.056
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
