脆化

材料の脆化現象

脆化とは、金属やプラスチックなどの材料が、本来持っている柔軟性や強度を失い、もろくなって壊れやすくなる現象です。この現象は、材料の内部構造や周囲の環境、様々な物理的・化学的要因によって引き起こされます。

様々な脆化現象

脆化は様々な要因によって引き起こされます。代表的な現象を以下に挙げ、それぞれについて詳しく解説します。

1. 水素脆化

鋼材などの金属材料の中に水素が侵入すると、材料内部の結晶構造に変化が生じ、強度が低下し、もろくなります。これは水素脆化と呼ばれ、特に高張力鋼などの強度が高い材料で顕著に現れます。水素は、材料の微小な欠陥に集まり、内部応力を発生させることで、破壊を促進します。

2. 照射脆化

原子力発電所の原子炉圧力容器は、長期間にわたって中性子の照射を受け続けます。この中性子照射により、圧力容器を構成する鋼材の結晶構造が変化し、脆化します。これを照射脆化、あるいは中性子照射脆化と呼びます。特に、長期間運転された原子炉では、脆化が進行し、材料の破壊に繋がる危険性が高まります。脆性遷移温度（FATT）の上昇は、この脆化の指標として用いられ、温度が低下すると、材料の脆性が著しく増加するため、緊急冷却時などに圧力容器の破壊リスクが懸念されます。

3. 硫化水素脆化

硫化水素ガスが存在する環境下では、金属材料が硫化水素を吸収し、脆化することがあります。これは、硫黄が材料表面に硫化物を形成することで、材料の強度を低下させるためです。特に、高圧環境下では、この脆化現象は深刻な問題となる可能性があります。

4. 液体金属脆化

液体金属、例えば液体ガリウムなどが金属材料と接触すると、材料の表面に沿って急速に脆化が生じる場合があります。これは、液体金属が材料の結晶粒界に侵入し、粒界の結合力を弱めるためと考えられています。

5. 低温脆化

多くの材料は、低温になるにつれて脆化します。これは、材料内部の原子や分子の運動が低下し、変形に対する抵抗力が大きくなるためです。プラスチック、ゴム、金属など様々な材料でこの現象が見られます。

6. 紫外線脆化

高分子材料は、紫外線照射により分子構造が変化し、脆化することがあります。これは、紫外線が材料中の分子結合を切断するためです。プラスチックやゴムなどが紫外線によって劣化し、もろくなるのはこのためです。

7. 繊維や衣類の脆化

繊維や衣類は、染料、漂白剤、熱など様々な要因によって脆化します。これらは、繊維の構成成分を劣化させることで、強度を低下させます。

8. アスファルトの高温酸化による脆化

アスファルトは、高温や酸素の存在下で酸化劣化し、脆化します。これは、アスファルトを構成する成分が酸化によって変質するためです。

まとめ

脆化現象は、材料の強度や耐久性を低下させる重要な問題です。それぞれの脆化現象の原因を理解し、適切な対策を講じることで、材料の信頼性と安全性を確保することが重要です。

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