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九州大学研究成果:氢引起铝自发破坏现象解明!高强度铝合金开发指日可待
发布时间:2020-05-27
来源:九州大学

九州大学户田裕之主干教授与日本原子能研究开发机构(以下简称“原子能机构”)等组成的研究团队应用先进分析测量设备,对氢引起的铝破坏现象进行了详细观察,并通过大型计算机对氢入侵铝材料时的材料内部动态模拟,对破坏机制进行了评价。


高强度铝在航空航天、铁路、体育用品等领域广泛使用,但由于与氢有关的铝破坏现象(氢脆),阻碍了其更高性能的发挥。近些年,轻量且高强度的碳素纤维复合材料(CFRP)开始用于飞机等的新构件材料制造,但从制造、加工、修理成本和可靠性方面考虑,金属材料仍然需求较高,轻量且高强度的铝合金亟待开发。

研究团队通过应用大型同步辐射装置SPring-8进行的纳米层级的结构分析、以及应用原子分辨率电子显微镜下的破坏过程3D观察技术的实验发现,微细颗粒(MgZn2)很可能是氢脆的主要原因。此外,研究团队还通过原子能机构大型计算机「ICE X」进行的材料中氢运动的电子状态计算,探讨了其详细机制。

此前一直认为铝合金的氢脆现象是由错位的微观缺陷引起的。但根据分析结果,此前认为不会蓄积氢原子的材料微细颗粒中却含有几乎所有的氢原子,并且通过变化为氢分子的形态使微细颗粒中的氢不断累积。由于氢的不断累积,微细颗粒和铝界面发生自动剥离,由此加速了高强度铝合金的氢脆现象。

通过电子状态计算和纳米层级实验,观测到了以往难以看到的材料中的氢运动,此研究将有望对具有高度产业利用价值的高强度合金开发提供有益帮助。本研究成果于4月6日登载在英国学术杂志“Scientific Reports”。

 

 

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