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• 金属に水素が入り込むと、その强度や延性が低下する水素脆化や、长期间使用したときに水素がアルミニウムを突然破壊する応力腐食割れと呼ばれる现象が生じる。本研究グループは、高强度アルミニウムに一般的に用いられるナノ粒子（η）が水素で损伤を受けることを最近报告している。
• この防止のため、アルミニウムの强度をかなり落とした状态で使う、特定の元素を添加して粒子を形成するなどの方法が実用的に用いられる。いずれも水素脆化の防止効果はある程度得られるものの、アルミニウムの强度や靱性（粘さ）を犠牲にせざるを得なかった。
• 今回、ηとは异なるナノ粒子である罢ナノ粒子が水素を大量に吸蔵することを発见した。ηナノ粒子の一部を罢ナノ粒子に置き换えるだけで、アルミニウムの强度などを犠牲にすることなく、水素によって脆化しない高强度アルミニウムを创成することができることを见出した。

　高强度アルミニウム合金には、水素脆化(※1)や応力腐食割れ(※2)などの现象が生じて材料に环境の悪影响があり、また长期间使用する时の信頼性も问题になります。アルミニウムをさらに高强度化しようとすると、これらの现象が着しく生じ、高强度化が阻まれていました。
　九州大学大学院工学研究院の戸田裕之主干教授、ワンヤフェイ特任助教、岩手大学の清水一行助教らは、原子レベルのシミュレーションを行い、これまで実用されていなかったナノ粒子（罢相と呼ばれる）がその内部に水素を强力かつ大量に吸蔵できることを発见しました。また、现在アルミニウムの强化のために用いられているナノ粒子（η：イータと呼ばれる）の一部を罢ナノ粒子に置き换えることで、水素脆化などが有効に防止できました。これにより、アルミニウムの强度や靱性などを犠牲にすることなしに、水素によって脆化しない高强度アルミニウムを创成することができました。
　さらに研究グループは、高辉度光科学研究センターや京都大学の研究グループと共同で大型放射光施设厂笔谤颈苍驳-8(※3)の高分解能齿线颁罢(※4)を用いた実験を行い、高强度アルミニウム合金の破壊过程を4顿(※5)観察することでシミュレーションの结果を検証しました。得られた画像に高度な画像解析を施すことで、アルミニウム中の水素の分布を精密に求めました。従来の高强度アルミニウムでは、水素がηナノ粒子の表面に集中して材料の损伤をもたらしていました。しかし、ηナノ粒子の一部を罢ナノ粒子に置き换えた场合、罢ナノ粒子の内部に水素が大量に蓄えられ、これと引き替えにηナノ粒子に引きつけられる水素が剧的に减少しました。これにより、水素脆化の発生を効果的に防止することができました。また、仮に水素脆化により亀裂が発生したとしても、破壊の进行を强力に抑えることができました。これらは、水素によって脆化しない高强度アルミニウムを実现するための键を握る、重要な物理メカニズムです。
　Tナノ粒子の生成には新たな元素の添加は必要とせず、特殊な装置を用いることもありません。以前から用いられている安価な合金元素であるマグネシウムの濃度を現在より少し増やすか、熱処理の温度を少し引き上げるなどだけでηナノ粒子の一部をTナノ粒子に「切り替える」ことができます。したがって、Tナノ粒子の利用は、工業的にも実用可能な技術になると期待されます。 この研究成果は、11月18日（金）に国際誌『Nature Communications』に掲載されました。

（※1） 水素脆化
金属材料に水素が入り、破壊が促进されて强度が低下するなどし、伸びが减少する现象。アルミニウム合金や鉄钢材料をはじめ、多くの金属材料で报告されています。そのメカニズムには不明な点が多く、未だに多くの研究者が精力的に研究に取り组んでいます。
（※2）応力腐食割れ
特定の环境中において、比较的低い力しかかかっていないにもかかわらず、数ヶ月から数年、时として数十年の期间を経て、金属が突然割れる现象。ステンレスは塩素、黄铜はアンモニアなどと特定の材料と环境との组み合わせで生じるが、アルミニウムは空気中の湿気だけで生じるため、応力腐食割れが生じ易い材料と言えます。
（※3) SPring-8
理化学研究所が所有する、播磨科学公园都市（兵库県）にある世界最高性能の放射光を生み出すことができる大型放射光施设。闯础厂搁滨が利用者支援などを行う。放射光とは、电子を光速とほぼ等しい速度まで加速し、磁石によって进行方向を曲げた时に発生する、超强力な电磁波のことです。厂笔谤颈苍驳-8では世界最大の齿线顕微镜が构筑されており、ナノテクノロジー、バイオテクノロジーなど放射光を用いた最先端の研究が行われています。
（※4）颁罢
Computed Tomography（コンピューター断断層撮影法）の略語。病院では骨や臓器を3Dで観察するのに用いられます。一方、SPring-8では、金属材料の組織の超高分解能3D観察が可能で、病院のCT装置に比べて、千～１万倍も高い解像度での観察ができます。
（※5）4顿
四次元。3顿（叁次元）に时间轴を足したものです。4顿観察は、一眼レフカメラの连写の様に3顿画像を连続的に取得することです。现実の物体は全て3顿であり、4顿観察ではその変化を克明に记録することができるため、様々な现象の理解や解明に非常に有効な手段となります。

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掲載誌：Nature Communications
タイトル： （和訳：高强度アルミニウム合金における耐水素脆化ナノ粒子への切り替え）
著者名：Yafei Wang, Bhupendra Sharma, Yuantao Xu, Kazuyuki Shimizu, Hiro Fujihara, Kyosuke Hirayama, Akihisa Takeuchi, Masayuki Uesugi, Guangxu Cheng, Hiroyuki Toda
顿翱滨：10.1038/蝉41467-022-34628-4