水素が金属をもろくするミステリー

見えない水素で鉄が割れる

金属は強く丈夫な性質を持ち、建物や乗り物、機械の部品など、私たちの身の回りで幅広く使われています。しかし特定の条件下では、金属が突然もろくなり、割れるように壊れてしまうことがあります。普通なら金属は引っ張られると少しずつ変形してから壊れますが、まるでガラスのように一瞬で割れてしまうのです。
この現象は「水素脆化（すいそぜいか）」と呼ばれ、水素原子が金属内部に侵入して強度を低下させることで発生する現象です。水素は世界最小の原子で、金属の格子間をスルスルと通り抜けます。特に金属に力がかかると原子間の隙間が広がり、そこに水素が集まりやすくなります。集まった水素が金属をもろくして、割れるような壊れ方を引き起こすのです。この現象のメカニズムは複雑で、まだ完全には解明されていません。

コンピュータで探る水素の行方

水素はとても小さいため、その挙動を直接は観察できません。そこで、コンピュータシミュレーションを活用した研究が進んでいます。金属内部のどこに水素がたまるのか、どのような条件で水素が集まりやすいのかを理論的に解明しようとする試みです。例えば、金属を引っ張る速度を変えると水素の集まりやすさが変わり、あるスピードで限界を迎えることがわかってきました。
こうした研究は水素エネルギー社会の実現に欠かせません。現在の水素ステーションは水素脆化しにくい特殊な材料を使用しているため非常に高価です。より安価な材料でも安全に使える条件が解明できれば、水素エネルギーの普及が加速するでしょう。

日本発の学問「材料強度学」

このように、材料は単に「強い・弱い」だけでなく、温度や繰り返しの力など、使用環境によって壊れ方が変わります。材料の強さが使われ方や環境によって変わることを体系的に研究する分野が「材料強度学」です。日本人の横堀武夫先生が世界で初めて確立しました。目立たない分野ですが、私たちの安全な生活を支える重要な「縁の下の力持ち」なのです。

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先生情報 / 大学情報

湘南工科大学工学部機械工学科教授大見敏仁先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

材料強度学

先生が目指すSDGs

メッセージ

その立場でしかできないことに、一生懸命取り組んでほしいです。大学生になったら、大学生にしかできないことにチャレンジしてください。大学時代は、お金はなくても時間は豊富にあります。その貴重な時間を自分の好きなことに使いましょう。私の場合はヨット部での活動がそれでした。惰性で高校時代の延長のような生活を送るのではなく、新しい環境だからこそできる経験を積むことが大切です。時がたって、「大学生だからこそできたこと」として胸を張って話せるような大学生活を送ってほしいです。

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湘南工科大学は「社会に貢献する技術者の育成」を大学のミッションに掲げる、1963年創立の工科系大学です。充実したICT環境と設備を備えた、湘南の自然豊かなキャンパスで、工科大学ならではの専門知識と実践的技術を身につけることができます。多くの授業でアクティブラーニングを取り入れており、学生が主体的に授業に参加し、実践を繰り返すことで理解を深めながら成長していく学修スタイルが特徴。また、少人数の担任制度や、きめ細かい就職支援などの各種制度により一人ひとりを手厚くサポートしています。