利用氫侵入開發出使鋼材高性能化的技術

 

刊登日期:2020/10/27
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九州大學應用氫侵入使材料物性發生變化的原理,成功讓鋼鐵材料高性能化。研究人員利用合金成分最佳化後的Fe-Cr-Ni鋼,將其暴露在高溫高壓氫氣中以添加高濃度的氫,成功提升30%的拉伸強度強度×延展之指標及50%的斷裂應力。一般來說,鋼鐵材料中有氫入侵的話會出現氫脆化的現象,造成強度及延展性的劣化,而這次的研究成果則是徹底顛覆了這現象,為耐氫構造材料的研發帶來全新常識。

氫能社會的實現必須要有相關使用氫能的機械設備及供給氫能的基礎建設。大多數情況都是把氫壓縮後以氣體型態輸送及儲存,最大壓力高達1,000氣壓以上,在如此高壓氫氣的嚴峻環境下,業界急需即使暴露在氫之中也能發揮卓越力學性能的鋼材。

研究人員將金屬材料置於封有高溫、高壓氫氣的爐中長期存放,以熱力學的方式讓氫原子侵入材料中。在溫度270℃、壓力1,000氣壓的條件下,使氫原子/金屬原子等比,成功使氫均勻地侵入實驗試料中,最高達0.7%。結果,氫成了晶體缺陷(Crystallographic Defects)移動的阻礙物,妨礙塑性變形(Plastic Deformation)中的轉位,促進了雙晶變形,陸續產生結晶取向差異(Misorientation)較大的內部界面。由於這些效果,也促使材料的變形阻抗及加工硬化性能的應變(Strain)範圍擴大。


資料來源: 化學工業日報/材料世界網編譯
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