分子動力学法によるNi結晶中の水素拡散挙動とその素過程の解析

政家利彦; 土井祐介; 中谷彰宏

文献

J-GLOBAL ID：200902256277788191 整理番号：08A0860449

分子動力学法によるNi結晶中の水素拡散挙動とその素過程の解析

Analysis of Hydrogen Diffusion Process and Elementary Process in Nickel Crystal by Molecular Dynamics Simulation

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資料名：
巻： 57 号： 8 ページ： 774-779 (J-STAGE) 発行年： 2008年
JST資料番号： F0385A ISSN： 0514-5163 CODEN： ZARYA 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：日本 (JPN) 言語：日本語 (JA)

これまで,水素が結晶材料の破壊を齎すという水素脆化は問題とされてきた。この水素脆化の原因の一つして,点欠陥である水素と他の格子欠陥との相互作用による特異な水素拡散挙動が生む水素濃度分布の変化が挙げられる。そして,結晶中の水素原子の拡散運動について,マクロ的なスケールにおいてもミクロ的なスケールにおいても,多岐にわたる研究がなされてきた。だが,マクロとミクロの拡散特性に関する夫々についての考察がなされてきたが,これらを統一する理論は,未だ構築されていない。本稿では,この統一理論構築の基礎として,分子動学シミュレーションによるNi中の水素拡散過程を検討した。まず,Ni構造中の水素拡散過程を追跡し,そこから,水素原子の平均二乗変位を求め,この平均二乗変位から拡散係数を求め,そしてアレニウスプロットを得た。次に,跳躍拡散モデルからも同様に拡散係数を得た。そして,これらの拡散係数は,互いに非常に近い値を有していることが明らかとなった。また,アレニウスプロットを取り実験値と比較した場合,同じオーダの値であることと,更に,跳躍拡散理論に相関係数を考慮することで,平均二乗変位により求めた値に近づくことも分かった。更に,平均二乗変位を求めることで得られた拡散係数と素過程となる機構を考慮することより得られた拡散係数に対し,その温度依存性を比較し,これに基づいてNi-fcc構造中における水素原子特有の拡散メカニズムについて考察した。

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金属中の拡散

引用文献 (17件)：

1) Y. Fukai, K. Tanaka and H. Uchida, “Suiso to kinzoku –jisedai heno zairyougaku–” (1998) Uchida Rokakuho.
2) Y. Fukai and H. Sugimoto, “Diffusion of hydrogen in metals”, Advances in Physics, Vol.34, No.2, pp.263-326 (1985).
3) T. Magnin, C. Bosch, K. Wolski and D. Delafosse, “Cyclic plastic deformation behavior of Ni single crystals oriented for single slip as a function of hydrogen content”, Materials Science and Engineering A, Vol.314, pp.7-11 (2001).
4) T. Panczyk and W. Rudzinski, “Kinetics of dissociative hydrogen adsorption on the (100) nickel single crystalface : a statistical rate theory approach”, Applied Surface Science, Vol.233, pp.141-154 (2004).
5) A. Bongiorno, L. Colombo and F. Cargnoni, “Hydrogen diffusion in crystalline SiO₂”, Chemical Physics Letter, Vol.264, pp.435-440 (1997).

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