材料劣化

- 選択腐食とは選択腐食とは、ある合金材料において、その材料を構成する元素のうち、特定の元素だけが腐食によって溶け出す現象を指します。まるで腐食が特定の元素だけを狙い撃ちしているように見えることから、選択腐食と呼ばれています。合金とは、異なる金属元素を組み合わせて作られた材料です。合金は、それぞれの金属元素の特性を組み合わせることで、強度や耐食性など、単独の金属元素では得られない優れた特性を持つことができます。しかし、このような合金であっても、特定の環境下では、構成元素の一部だけが腐食によって失われてしまうことがあります。これが選択腐食です。選択腐食が起こると、合金の表面には腐食によって溶け出した元素が残りの元素で構成される多孔質な構造になってしまいます。そのため、合金の強度や延性が著しく低下し、最悪の場合、機械や構造物の破損につながる可能性があります。選択腐食は、私たちの身の回りで使われている様々な合金で起こる可能性があります。例えば、水道管やボイラーなどに使用される銅合金や、航空機や自動車部品などに使用されるアルミニウム合金、ステンレス鋼などでも、選択腐食が発生することが知られています。選択腐食は、材料の選択、表面処理、環境制御など、様々な対策を講じることで防ぐことができます。材料の選択においては、耐食性に優れた合金を選ぶことが重要です。また、表面処理によって、腐食の原因となる物質の付着を防ぐことも有効な手段です。さらに、腐食が起こりにくい環境を維持することも重要です。具体的には、温度や湿度を適切に管理すること、腐食性物質の濃度を低減することなどが挙げられます。

物体に力を加えると、物体はその力に応じて変形します。小さな力であれば、力を取り除けば物体は元の形に戻ります。これを弾性変形と呼びます。しかし、力を加え続けることで、ある程度の大きさの力を超えると、物体は力を取り除いても元に戻らない変形を始めます。これが塑性変形です。多くの場合、物体は塑性変形を経た後に破壊に至ります。 しかし、ある条件下では、ほとんど塑性変形を起こすことなく、突然破壊してしまうことがあります。これを脆性破壊と呼びます。脆性破壊は、破壊に至るまでの変形が非常に小さいため、事前に破壊の兆候を捉えることが難しく、予期せぬ破壊を引き起こす可能性があります。 脆性破壊は、構造物に壊滅的な被害をもたらす可能性があるため、その発生メカニズムを理解し、予防することが非常に重要です。脆性破壊は、温度の低下、負荷速度の増加、材料内部の欠陥など、様々な要因によって引き起こされます。特に、原子炉のような過酷な環境下では、脆性破壊のリスクが高まるため、材料選択や設計段階において、脆性破壊に対する十分な対策を講じる必要があります。

- 脆化とは脆化とは、物質が本来持っていた粘り強さを失い、もろくなってしまう現象を指します。 物質は通常、外部から力を加えられても、ある程度は変形することでその力を分散し、破壊を免れています。 しかし、脆化が起こると、この変形する力が弱まり、わずかな衝撃でも簡単に壊れてしまうようになります。例として、金属で考えてみましょう。金属は通常、粘り強い性質を持っています。ハンマーで叩いたり、曲げたりしても、簡単には壊れません。これは、金属内部の構造が、力を加えられると変形しながらも、その力を分散させているためです。しかし、脆化が進むと、この金属の構造が変化し、力が分散されにくくなります。結果として、少し叩いただけでも、金属は簡単に割れてしまうようになるのです。脆化を引き起こす原因は様々です。金属の場合、高温や低温、放射線、水素などによって脆化が促進されることが知られています。 また、プラスチックやセラミックスなど、金属以外の物質でも脆化は起こります。脆化は、橋梁や原子炉、航空機など、様々な構造物の安全性を脅かす重要な問題です。そのため、脆化のメカニズムを解明し、脆化を防ぐための技術開発が日々進められています。