水素脆性(ぜいせい)、水素脆化の意味と発生の原理は?ベーキング処理とは?

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水素脆性(ぜいせい)、水素脆化の意味と発生の原理は?ベーキング処理とは?

 

実は金属などの材料が腐食と電気化学には深い関わりがあります。

 

腐食とは局部的な電池反応が起こることです。一方の金属が溶けだしたり、溶けだした金属イオンが周囲の元素と反応し錆になったりすることを指します。

 

腐食には種類が多くあり、その中でも「水素脆化」とよばれる腐食の形態があります。この水素脆化とはどのようなものか知っていますか?

 

ここでは、「材料の水素脆化の意味や原理」「水素脆化への耐性を表す水素脆性」に関する内容について解説していきます。

 

・水素脆性の意味や発生の原理

 

・ベーキング処理と水素脆化

 

というテーマで解説していきます。

 

 

水素脆性の意味や発生の原理

 

水素脆性とは、金属材料において何らかの形で水素が金属中に入りこみ、部材として劣化する現象のことを指します。

 

水素脆性、水素脆化などともよびます。

 

この水素脆化がおこると、突然使用していた金属タンクが破損したり、破裂したりすることがあるため、非常に危険です。また、使用初期時には問題なかった製品でも水素脆化により、のちに急遽爆発することもあるため、別名遅れ破壊ともよばれます。

 

水素脆化がおこる原因としては、さまざまあり、単純に腐食時に金属に水素が侵入することや、めっきやアルマイト処理のような電気的な加工、酸、溶接時など多くの要因で起きていると考えられています。

 

また、めっきを行い、その後再度めっきし直すという再めっき処理時には、水素脆化が起こりやすくなります。これは、再めっきではめっきむらや初期と後のめっきの間に空隙が出来やすくなることが知られています。

 

接着剤がなぜつくのかという接着理論の詳細が解明されていないように、水素脆化が起こるおおよその原因の傾向はつかめているものの、具体的にどのように発生しているのかということは科学的に解明されていません。

 

また、金属の処理場の問題だけではなく、圧力や温度など外部環境が厳しいほど他の劣化と同様に水素脆化もすすむ傾向にあります。中でも硫化物系の物質を同時に含んでいる場合や、表面を硬化させるなどの表面処理を行ったケースで水素脆化が起こりやすいです。

 

さらに、原因がわかっていないことから、水素と触れる時間が多い状態、例えば当サイトでも解説している燃料電池の燃料タンク(水素タンク)などでは、水素脆化するリスクが高まるため、これらを考慮した設計をするようにしましょう。

 

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ベーキング処理と水素脆化

 

このような水素脆化ですが、基本的に200℃付近(190℃~220℃)の温度で加熱することによって水素を抜く(脱水素)ベーキング処理を行うと、材料中に水素が抜けることがあります。結果として、水素脆化を防ぐことができるのです。

 

ただ、酸処理時に水素が混入しケースであったり、メッキ後に長時間経過してからベーキング処理を行うような場合では、あまり水素の除去ができないこともあります。

 

同時に、金属中の水素含有量が多かったり、めっき厚みが厚かったする場合には、その分ベーキング処理時間を長くして、除去するといいです。

 

しかしながら、これらのベーキング処理はメーカーのノウハウによるところが非常に多いです、そのため、水素脆化による事故発生のリスクが高い場合(上述の燃料電池の燃料タンク設計など)などのケースでは、専門業者ときちんtpすり合わせを行った上での材料選定をするようにしましょう。

 

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