材料中の水素の存在状態II--水素のトラップ状態（1）

摘要

前報で材料中の水素固溶状態について述べた。 実際の結晶中にはいろいろな格子欠陥があり，水素原子（厳密には自由原子と同じ状態ではないが便宜的に水素原子とよぶことにする）はそれらの欠陥のまわりでエネルギー状態が変化する。材料特性に対する水素の作用はこれらの欠陥との相互作用によるところが大きい。 合金における平均的な電子状態の変化を別にすれば，長範囲には欠陥の作る弾性応力場と水素原子のまわりの歪み場との相互作用が，短範囲には局所的な応力場や隣接原子との結合状態の変化が系のエネルギーを変えている。欠陥のまわりで水素原子のポテンシャルエネルギーが正規結晶中の固溶状態に比べて低いときには，欠陥のまわりに存在する確率が高くなるから水素原子は欠陥にトラップされているという。 図2.1は金属中における水素の自由エネルギー模式図である。小さな周期的変動が結晶格子を表し，その底，すなわち固溶状態から水素分子のエネルギーの1/2との差が水素原子の固溶熱E_sである。 また固溶状態とトラップ状態との差が結合エネルギーE_Bである。 また，水素がトラップから離脱して拡散するためには，さらに移動のための活性化エネルギーE_mを必要とするが，図2.1でトラップの近くではポテンシャルエネルギーが周期的な正規格子における値と異なる可能性がある。