科學研究 - 克服氫脆化邁出一大步！日本東北大學在奈米水平觀察到氫脆化機制

日本東北大學金屬材料研究所的小山元道等人，開發出了利用掃描型電子顯微鏡（SEM）在奈米水平觀察氫如何隨着時間變化影響金屬内部結構的方法。

氫會削弱金屬的強度，這種現象被稱爲氫脆化。當金屬被腐蝕或者暴露於氫氣中時，氫就會進入金屬中，氫脆化成爲了高強度金屬應用中的瓶頸。爲了開發和評測存在腐蝕可能性的車身用高強度鋼，以及氫能源社會的基礎設施用結構材料，就必須要查清氫脆化的機制。

妨礙查清氫脆化機制的主要原因之一是難以觀察到相關現象。氫原子是最小的原子，因此會在金屬中四處行程，有時還會跳到金屬外面。因此，需要在注意「時間」的同時，在「奈米水平」觀察隨着氫原子的運動而不斷髮生變化的金屬的内部結構。

此次的研究利用電支控道對比成像法，成功在奈米水平觀察了含氫金屬的内部結構的時間變化。該方法與其他方法相比，對觀察樣本的形狀侷限較小，因此可以觀察氫在不同形狀的金屬片中的影響以及在負載環境中的影響。爲了開發強度更高且更耐氫的材料，該方法有望爲所有與氫有關的研究做出貢獻。

觀察結果如圖1所示，圖中白色的位置是金屬中的缺陷，是不容易存在原子的部分，這被稱爲「差排」。受力或受熱後，差排便開始行程，導致金屬變形、強度變化以及遭到破壞。圖中用藍色標記的差排在導入氫後大幅行程。此時未向樣本施加外力和熱，表明是氫的存在引起差排行程的。結合此次的觀察和計算類比結果發現，不僅是差排與氫之間的相輔作用，與另一種缺陷——晶界之間的三體相輔作用也會引起這種現象。