研究では、水素と鋼の間の相互作用を調べます。特に、橋と高層ビル、およびエネルギーインフラストラクチャで使用される高強度鋼は、水素に敏感です。
EMPAチームは、水素が鋼を損傷する方法を調査します。
写真：SmarterPix/Gleitfrosch
最も少量の水素でさえ、鋼の構造に亀裂を作成するのに十分です。しかし、その要素はどのようにして素材に忍び込み、そこで損傷をもたらしますか？これまでのところ、行われる決定的なプロセスは部分的に復号化されています。したがって、現在の研究は現在、鉄の表面の障壁として形成され、水素を困難にする可能性のある、SOがコールしたネイティブ酸化物層に特別な焦点を置いています。
ドレスデンのキャロルブリッジの例が示すように、多大な損害の引き金はしばしば見かけ上に来る可能性があります。2024年9月、約100メートルの長さの鋼鉄セクションが橋から離れてエルベに落ちました。研究では、破壊された成分は、張力構造に水素吸収の結果として亀裂があることが示されました。それは孤立したケースではありません。ロンドンの「チーズグレイター」とサンフランシスコのベイブリッジで、同様の問題がすでに発生しています。水素の真鍮として知られるプロセスを通じて、核水素が鋼に拡散し、材料が脆くなり、亀裂が好まれます。
相手としての水素
19世紀以来、水素が金属を追加できることが知られています。それにもかかわらず、水素緩和につながる詳細なプロセスはまだ完全には理解されていません。したがって、EMPAの研究チーム（スイス連邦材料試験および研究所）は、これまでに考慮されていないレベルに焦点を当てています。水素と保護酸化物層との相互作用は、鋼の上に薄い皮膚のように配置されています。この不動態化層は、多くのステンレス鋼の外部の影響に対する耐性を保証します。この保護層は、数ナノメートルのみを測定します。ただし、大きな建物の寿命には非常に重要です。ルバル土壌は、何よりも金属核と酸化物層の境界に形成されます。 「障害がある材料に水素が収集されます」とEMPAの研究者であるChiara Menegus氏は述べています。
革新的な試験方法
鋼に対する水素の影響を正確に測定できるようにするために、研究者は新しいテスト構造を開発しました。実験の心臓は、2つの環境に鋼サンプルが埋め込まれている特別な電気化学セルです。一方は、もう一方をアルゴンで囲む水を使用しています。電圧は、水素が標的を絞った方法で生成され、材料によって導かれることを保証します。鋼のサンプルに浸透し、薄い酸化物層が配置されている反対側に到達します。そこで、水素と酸化物の間の直接的な相互作用を調べることができます – 外部の影響を乱すことはありません。建設から評価まで、すべての作業手順は、保護雰囲気の下で行われ、それ以上の反応パートナーが外部から結果を偽造できないようにします。
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鋼と水素の分析
研究者は、スイスでユニークな技術を使用してリハーサルを特徴付けます。それにより、最も外側の表面だけでなく、層構造の深さに最大20ナノメートルを見ることもできます。これは、下の鋼の酸化物層と隣接する領域を正確に調べるのに十分です。最初の試みは、水素が保護層の溶解に寄与することを示しています。
次のステップでは、さまざまな鉄のクロム合金やその他の一般的な鋼をテストして、相互作用に光を当てます。さらに、水素含有量は、粒子加速器法を使用して測定され、そのリアルタイムデータにより、材料プロセスに対する深い洞察が可能になります。目的は、耐性酸化物層の重要な要因を特定し、安全で耐久性のある鋼構造の基礎を作成することです。
haxpes：ハードx線を通して深い洞察
HAXPESテクノロジーは、エネルギーが豊富なX線は、材料とは異なる深さから解決できるという原則に基づいています。この手順は、1921年にアルバートアインシュタインがノーベル賞を受賞した光電効果にまで遡ります。クラシックX-リレー写真電子分光法は通常、材料の最上層に限定されます。対照的に、Haxpesは材料のより深く浸透します。
メソッドの適用の典型的な領域は、新しいバッテリーの開発からマイクロエレクトロニクス、機能的薄層の研究にまで及びます。 HAXPEは、腐食研究でもますます重要になっています。これは、正確な材料の変化と水素の影響を直接理解するために使用できるからです。スイスで唯一の施設は、現在、技術と腐食に参加するためにEMPA研究所にあります。
#水素が鋼に出会うときなぜキャロル橋が崩壊したのか