合金の微細な亀裂を3D撮影に初めて成功！錆を遅らせることで寿命が延びてコスト削減にもつながる開発が進んでいます

・水素と水露出によってニッケル基合金のミクロの亀裂の3D画像を撮影する技術を研究者達が初めて開発しました。

・この技術はエンジニアは材料寿命を延ばし、修理や交換にかかるコストを削減する微細構造の開発に役立ちます。

メタル合金のミクロの亀裂は裸眼では見ることができませんが、水素や水に触れると他の領域へ広がっていきます。原子炉や電気化学、水素貯蔵技術、橋や高層ビルの構造に重大な問題を引き起こします。

一般的に、合金の水素脆化（HE）は広がり続ける材料の不具合の原因となる予期せぬ破断や延性の欠如によって現れます。HEの強度は金属の強さによって増えるので、進化した合金（合金ベースのニッケルのような）はよりHEへ影響を受けやすいです。HEを守るため、その物理的起源の詳しい知識を持つ必要があります。

近年、MITとLLNL（ローレンス・リバモア国立研究所）の研究者たちは水素脆化による合金のミクロの亀裂の写真を3Dで撮影する技術を開発しました。これらの写真は破断を紛らわし、水素や水がダメージを広げるのを防ぐ粒子境界の違いや微細構造の起源を特定するのにつかわれます。

どのようにして実現したのか？

新しい技術-3D微細構造マッピング-は水素/水によるニッケル合金の亀裂を分析するトモグラフィー法と放射光によるX線回折に依存しています。

もし、どのように金属の亀裂が伝播してゆくのか正確に分析したいなら、3次元でこの問題を実演する必要があります。また、亀裂の形態や微細構造との関係についての十分なデータが必要となります。

非破壊検査を行うために、著者たちは高輝度X線を亀裂の入ったニッケル合金に照射しました。彼らは、1台のカメラを全ての透過され拡散されたビームを撮影するため設置しました。そして、微細構造の数十万の方向性をテストし、数百万のスポットを調査しました。

データを物理モデルに沿って整列させることで、回折ポイントを3次元微細構造の画像に変換しました。この3D画像は、どの境界粒子の種類が亀裂を歪ませるのかを示し、結果は、BLIPS（低指数平原との境界）が破損に体制があることを示しています。

どのように役立つのか？

この技術は、ニッケル合金の亀裂の広がりを止めるための金属加工技術に進歩をもたらします。物質を強化し部品や構造の寿命を延ばします。

具体的には、HE合金の機械的反応の予測を向上させます。有害な粒界を除去しながら合金を作ることで、破壊の障害となるものを追加し、成長を止めることができます。

更に、3D画像から得られたデータは技術者が物質の寿命を延ばしたり、修理や取り換えのコストを抑える効果的な微細構造を開発することに役立つでしょう。寿命を延ばすために、微細構造は大量のBLIPSで処理されるべきであり、それは亀裂をより良い方法で遅らせます。