(57)【要約】【課題】材料中に存在する、あるいは外部から侵入した水素の濃度や水素の存在箇所の経時変化を、目視観察や画像、動画撮影を通して計測するための、材料中の水素の検出器を提供する。【解決手段】水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、水素バッファー膜の厚さが2nm以上150nm以下であり、水素バッファー膜を材料表面に接触させることで、材料中に含まれる水素の濃度に応じて水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化するよう構成されている。水素検出物質がタングステン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物のいずれかであり、水素検出物質の厚さが10nm以上500nm以下であること、水素バッファー膜の室温における水素拡散係数が1.0×10-9 m2・s-1以下であり、水素バッファー膜がパラジウムまたはニッケルであることが望ましい。【選択図】図２
2018013424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、
前記水素バッファー膜の厚さが2nm以上150nm以下であり、前記水素バッファー膜を材料表面に接触させることで、前記材料中に含まれる水素の濃度に応じて前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化することを
特徴とする材料中の水素の検出器。
【請求項２】
前記材料中に含まれる水素が前記水素検出物質と混合することで、前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化することを特徴とする請求項１記載の材料中の水素の検出器。
【請求項３】
前記水素検出物質が金属酸化物であることを特徴とする請求項１あるいは２記載の材料中の水素の検出器。
【請求項４】
前記水素検出物質がタングステン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【請求項５】
前記水素検出物質の厚さが10nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【請求項６】
前記水素バッファー膜の室温における水素拡散係数が 1.0×10-9 m2・s-1以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【請求項７】
前記水素バッファー膜がパラジウム、ニッケルからなる群より選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【請求項８】
前記水素検出物質がタングステン酸化物、前記水素バッファー膜がパラジウムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料中に存在する水素あるいは外部から侵入した水素の濃度や存在箇所の経時変化を計測するための、材料中の水素の検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料中に水素が侵入すると、機械的特性が低下し、脆性的な破壊現象を引き起こすことがある。特に鉄鋼材料では、強度が増加するにつれて水素脆化感受性が高まることが知られている。材料中に侵入した水素は、応力集中部等に局在化し、破壊現象を生じさせる。そのため、水素脆化機構を解明し、脆化を防止していくためには、材料中に存在する水素の濃度や水素の存在箇所を知ることが不可欠である。また、水素侵入過程は、高圧水素ガス環境に代表される気相からの侵入と、大気腐食過程で発生する水素発生反応に付随する液相からの侵入の二種類があり、液相からの水素の侵入速度は大気環境により大きく変動する。よって、水素に起因する破壊を抑制するためには、材料中の水素の局在的な蓄積を連続的に計測し、静止画や動画として捉えることが可能な水素検出器が必要である。
【０００３】
材料中の水素濃度を測定する代表的な手法として、昇温脱離水素分析法や電気化学水素透過法が知られている。これらの手法は、材料中に含まれるすべての水素量を検出するため、材料全体の水素濃度を測定することができるが、材料中の水素の存在箇所を知ることはできない。
【０００４】
材料中の水素の存在箇所を可視化する手法として、銀デコレーション法（例えば、非特許文献１参照）や水素マイクロプリント法（例えば、特許文献１参照）が知られている。銀デコレーション法は、水素を含む材料をシアン化銀（Ｉ）カリウム水溶液に浸漬することにより、材料表面に露出した水素原子がイオン化し放出する箇所に銀粒子を還元析出させるものである。また、水素マイクロプリント法は、水素を含む材料表面に臭化銀（Ｉ）とゼラチンとを主成分とする乳剤を塗布し、材料表面に露出した水素原子がイオン化し放出する箇所に銀粒子を還元析出させるものである。両手法ともに、銀粒子の分布から水素の存在箇所を可視化することができる。しかし、材料表面に銀原子が析出するため、連続的な水素濃度や水素分布の計測が不可能である。
【０００５】
ところで、大気中に存在する水素ガス濃度を測定する水素ガスセンサは、数多く考案されている。特に、金属酸化物を用いた水素センサは、高い検出感度と良好な応答性とを有することが知られている。このような水素センサとして、例えば、陽極酸化した含水酸化タングステン膜の反射率が、水素ガス濃度によって変化することを利用した、含水酸化タングステン膜とパラジウムまたは白金の触媒金属薄膜とからなるガス検出装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。また、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、および酸化亜鉛の薄膜の透過率が水素ガスの有無によって変化することを利用した光学式水素センサも開示されている（例えば、特許文献３参照）。これらの水素センサは、大気中の水素分子が触媒金属上で解離し、水素原子として金属酸化物内に侵入することで、光学的特性が変化することを利用しており、水素ガス濃度を連続的に測定することができる。しかし、材料中に存在する水素の濃度や水素の存在箇所を連続的に測定する水素検出器は、存在しない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Schober and C. Dicker, “Observation of Local Hydrogen on Nickel Surfaces”, Metall. Trans. A,, 1983, 14A, p.2440
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２５８５９５号公報
【特許文献２】特開平７−７２０８０号公報
【特許文献３】特開２００７−１５５６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、材料中に存在する水素の濃度や水素の存在箇所の経時変化を、目視観察や画像、動画撮影を通して計測するための材料中の水素の検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、従来技術では成し得なかった、材料中に存在する水素の濃度や水素の存在箇所の連続測定を実現するため、種々の試験研究を行い、本発明を完成させた。本発明の趣旨は、以下の通りである。
【００１０】
本発明に係る材料中の水素の検出器は、水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、前記水素バッファー膜の厚さが2nm以上150nm以下であり、前記水素バッファー膜を材料表面に接触させることで、前記材料中に含まれる水素の濃度に応じて前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る材料中の水素の検出器は、前記材料中に含まれる水素が前記水素検出物質と混合することで、前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化することが好ましい。また、前記水素検出物質が金属酸化物であることが好ましい。特に、前記水素検出物質がタングステン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかであることが好ましい。また、前記水素検出物質の厚さが10nm以上500nm以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る材料中の水素の検出器は、前記水素バッファー膜の室温における水素拡散係数が 1.0×10-9 m2・s-1以下であることが好ましい。また、前記水素バッファー膜がパラジウム、ニッケルからなる群より選ばれるいずれかであることが好ましい。本発明に係る材料中の水素の検出器は、特に、前記水素検出物質がタングステン酸化物、前記水素バッファー膜がパラジウムであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、材料中に存在する水素あるいは外部から侵入した水素の濃度や存在箇所の経時変化を、目視観察や画像、動画撮影を通して計測するための、材料中の水素の検出器を提供することができる。本発明に係る材料中の水素の検出器は、材料に接触させることで、材料中の水素濃度に応じて可視紫外反射スペクトルが変化するため、目視観察や光学顕微鏡観察、ビデオ撮影等により、材料中の水素濃度分布を連続的に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の材料中の水素の検出器を使用し、電気化学的水素発生反応により水素を純鉄へ侵入させた時の、純鉄に含まれる水素を検出する試験の装置の（ａ）模式正面図、（ｂ）作用電極面の模式平面図である。
【図２】本発明の実施の形態の材料中の水素の検出器を使用して水素検出試験を行ったときの、水素を導入する前と、水素を３時間および６時間導入した後の、水素検出物質であるタングステン酸化物表面の画像である。
【図３】図２中の点Ａにおける、ＲＧＢカラーモードのＲ値（赤色）の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための形態について述べる。
本発明の実施の形態の材料中の水素の検出器は、水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、水素バッファー膜を材料表面に接触させることで、材料中に含まれる水素が濃度勾配に応じて拡散し、水素検出物質と混合する。そのとき、材料中に含まれる水素の濃度に応じて、水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化する。この水素検出物質の可視紫外反射スペクトルの変化を、目視観察や画像、動画撮影を通して計測し、材料中の水素濃度分布を連続的に取得する。
【００１６】
本明細書中で用いている可視紫外反射スペクトルという用語は、光源から発した可視光および紫外光をモノクロメータによって単色光に分光し、水素検出物質に照射した時の正反射スペクトルのみを示すわけではなく、広い意味での色調変化をも包含したものである。すなわち、ハロゲンランプ等の可視域の光源を水素検出物質に照射し、光学顕微鏡等で撮影された静止画あるいは動画や、拡散光源を水素検出物質に照射し、目視観察やカメラ、ビデオカメラ撮影等で得られる静止画あるいは動画も、本願の可視紫外反射スペクトルの定義に含むこととする。そのため、水素検出物質には、水素が混合した時に色調変化が変化し、肉眼やカメラ、光学顕微鏡を通してその変化が認識できる物質であることが要求される。
【００１７】
この要求を満たす水素検出物質として、タングステン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物が挙げられる。中でも、タングステン酸化物（WO3）は、水素ガスを含む大気環境において、触媒金属によって乖離した水素原子と接すると、タングステンブロンズ（HxWO3: x<1）と呼ばれる化合物が形成され、光学的特性が変化する（特許文献３参照）。タングステン酸化物は、水素ガスセンサとして高い応答性を発揮することから、特に高い検出感度が必要な場合には、水素検出物質として、タングステン酸化物（WO3）が望ましい。
【００１８】
また、水素検出物質の厚さは、10nm以上500nm以下であることが望ましい。中でも、特に高い検出感度が必要な場合には、30nm以上70nm以下であることが好適である。これは、水素検出物質が厚すぎると、可視紫外反射スペクトルが変化するまでに長い時間を要し、水素検出物質が薄すぎると、可視紫外反射スペクトルの変化量が少なくなり検出感度が低下するためである。
【００１９】
さらに、水素検出物質の作製法としては、スパッタリング法、蒸着法、陽極酸化法、ゾルゲル法が挙げられる。中でも、マグネトロンスパッタリング法で作製した水素検出物質が好適である。特に高い検出感度が必要な場合には、金属性ターゲットを用いて酸素含有雰囲気でスパッタリングを行う、反応性スパッタリング法が望ましい。
【００２０】
水素検出物質中に水素が混合し、可視紫外反射スペクトルを変化させる過程において高い応答性を得るためには、水素検出物質に拡散する水素量をなるべく増加させることが望ましい。なお、本明細書中の「混合」とは、金属学での固溶、化学反応での反応を包含した広い意味での概念である。しかし、鉄鋼材料を例に取ると、材料中に存在できる水素量は質量分率でppm程度であり、水素検出物質に混合する水素量が少なく、高い応答性を得ることができない。そこで、測定対象の材料と水素検出物質との間に水素バッファーを設け、水素検出物質と混合する水素量を増加させる必要がある。
【００２１】
水素バッファーは、厚さ2nm以上150nm以下の膜状であることが望ましい。材料中に存在する、あるいは外部から侵入した水素の存在箇所の経時変化を計測するためには、組成や厚さが均一な形状が要求されるためである。中でも、特に高い検出感度が必要な場合には、2nm以上30nm以下の厚さであることが好適である。これは、水素バッファー膜が厚すぎると、水素が水素検出物質まで拡散するまでに長い時間を要し、応答性が低下するためである。
【００２２】
また、水素バッファー膜中では、水素の拡散速度を低減させ、水素の存在量を増加させる役割が要求されるため、水素バッファー膜として、室温における水素拡散係数が1.0×10-9 m2・s-1以下である物質が望ましい。この要求を満たす水素バッファー膜として、パラジウム、ニッケルが挙げられ、特定の物質に限定するものではない。中でも、パラジウムは、水素吸蔵材料としても用いられていることから好適である。
【００２３】
ところで、水素バッファー膜は、検出対象である材料と接触していることが必要要件である。その際の接触とは、物理的・幾何学的に接触しているという意味である。したがって、水素バッファー膜が自重で、材料の上にのっている状態も、本願の意図する実施の形態の一つである。しかし、高い感度で材料中の水素濃度を検出ためには、接触状態をより密接なものとすることが好適である。その際には、物理気相成長法や化学気相成長などの適用が望まれる。中でも、水素バッファー膜の成膜法としては、スパッタリング法、蒸着法、めっき法が好適な方法として挙げられる。めっき法の場合、成膜する材料表面の不均一性に依存して厚さ等の膜質が変化するため、スパッタリング法、蒸着法による成膜が好適である。
【００２４】
以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例の記載に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２５】
水素を含有する材料として、純度が99.5％（質量分率）、厚さが1mmの純鉄を用いた。純鉄は、450℃で熱処理を行い、表面と裏面とを鏡面になるまで研磨した。純鉄中に水素はほとんど含まれていないが、片面に電気化学セルを設置し、定電位カソード分極を行い、表面で水素発生反応を生じさせることで、純鉄内に水素を導入した。電気化学セル内を0.1M硫酸で満たし、純鉄の電位は標準水素電極基準で-0.52Vとした。
【００２６】
純鉄のもう一方の面に、水素バッファー膜となるパラジウムもしくはニッケルを、厚さが10nm、100nm、500nmとなるように蒸着した。比較のため、水素バッファー膜を成膜しない試料も作製した。その後、マグネトロンスパッタ装置を用いた反応性スパッタリングにて、水素バッファー膜の上に水素検出物質を形成した。水素検出物質は、タングステン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物のいずれかとした。
【００２７】
この水素検出試験における装置の模式図を、図１（ａ）に示す。電解液と接している純鉄の作用電極面から水素が侵入し、厚さ方向に内部の水素濃度が増加するため、電極面の反対側に相当する水素検出物質部分に水素が侵入し、可視紫外反射スペクトルが変化する。そのときの水素検出物質の色調変化を、ビデオカメラで撮影した。純鉄の作用電極面の模式図を、図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）に示すように、純鉄の表面にマスキングを施し、半円部分が水素侵入エリアとなるように作用電極面を作製した。
【００２８】
作製した各検出器の構成を、表１にまとめて示す。また、各検出器により水素検出試験を行い、可視紫外反射スペクトルによる水素の検出が可能だったものを○、不可能だったものを×と評価し、その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
2018013424.tif 000003
【００３０】
表１中の番号1は、水素検出物質にタングステン酸化物を用い、水素バッファー膜を成膜しなかった場合の検出器であり、この検出器では水素を捉えることができなかった。表１中の番号2から7までは、水素検出物質にタングステン酸化物を用い、水素バッファー膜の厚さを変化させたときの結果を示しており、水素バッファー膜に厚さ2nm以上150nm以下のパラジウムもしくはニッケルを用いることで、材料中の水素を検出できることを示している。表１中の番号2および8から11までは、水素バッファー膜を厚さ10nmのパラジウムとし、水素検出物質にタングステン酸化物を用いた時の、水素検出物質の厚さが水素の検出に与える影響を示しており、厚さ10nm以上500nm以下のタングステン酸化物を水素検出物質に用いることで、材料中の水素を検出できることを示している。
【００３１】
表１中の番号12から39までは、水素バッファー膜を厚さ10nmのパラジウムとし、水素検出物質にチタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物のいずれかを用いた時の結果を示しており、厚さ10nm以上500nm以下のチタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物のいずれかを用いることで、材料中の水素を検出できることを示している。
【００３２】
水素バッファー膜を厚さ10nmのパラジウムとし、水素検出物質に65nmのタングステン酸化物を用いて前述の水素検出試験を行った時（表１の番号2）の、水素を導入する前と、水素を3時間および6時間導入した後の、タングステン酸化物表面の写真を図２に示す。図２に示すように、水素を導入する前のタングステン酸化物表面は、全面が薄い青色であったが、定電位カソード分極を行うことで、半円状の作用電極面の反対側に相当するタングステン酸化物の色が、時間が経つにつれて徐々に濃い色へと変化していることが分かる。このことは、作用電極面から厚さ方向に水素濃度が増加し、タングステン酸化物に水素が侵入することで可視紫外反射スペクトルが変化することを示している。
【００３３】
色調が変化した図２中の任意の点Ａにおける、RGBカラーモードのR値（赤色）の時間変化を、図３に示す。図３に示すように、点AにおけるR値は、水素を純鉄に導入し始めると同時に減少し始め、6時間で30程度変化したことが分かる。図３より、タングステン酸化物とパラジウムとで構成される水素検出器の純鉄中の水素への応答性が高く、連続的な水素分布の測定が可能であることを示している。
【００３４】
このように、水素を純鉄内に導入することでタングステン酸化物の色調が変化しており、タングステン酸化物とパラジウムとで構成される水素検出器が、単色光による分光分析のみならず、光学顕微鏡等で撮影された静止画あるいは動画や、拡散光源を水素検出物質に照射した際の目視観察やカメラ、ビデオカメラ撮影等で得られる静止画あるいは動画によって、水素の検出を評価できることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る材料中の水素の検出器は、水素脆化が懸念される材料の、大気腐食環境および高圧水素ガス環境における水素侵入モニタリング用の水素検出器として利用可能である。
【図１】
2018013424.tif 000004
【図２】
2018013424.tif 000005
【図３】
2018013424.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月15日(2017.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、
前記水素バッファー膜は、厚さが2nm以上150nm以下であり、測定対象の材料表面に接触するよう、前記材料と前記水素検出物質との間に設けられ、
前記材料中に含まれる水素の濃度に応じて前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化するよう構成されていることを
特徴とする材料中の水素の検出器。
【請求項２】
前記材料中に含まれる水素が前記水素検出物質と混合することで、前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化することを特徴とする請求項１記載の材料中の水素の検出器。
【請求項３】
前記水素検出物質が金属酸化物であることを特徴とする請求項１あるいは２記載の材料中の水素の検出器。
【請求項４】
前記水素検出物質がタングステン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【請求項５】
前記水素検出物質の厚さが10nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【請求項６】
前記水素バッファー膜の室温における水素拡散係数が 1.0×10-9 m2・s-1以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【請求項７】
前記水素バッファー膜がパラジウム、ニッケルからなる群より選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【請求項８】
前記水素検出物質がタングステン酸化物、前記水素バッファー膜がパラジウムであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の材料中の水素の検出器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る材料中の水素の検出器は、水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、前記水素バッファー膜は、厚さが2nm以上150nm以下であり、測定対象の材料表面に接触するよう、前記材料と前記水素検出物質との間に設けられ、前記材料中に含まれる水素の濃度に応じて前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化するよう構成されていることを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成29年8月8日(2017.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、
前記水素バッファー膜は、厚さが2nm以上150nm以下であり、測定対象の鉄鋼材料表面に接触するよう、前記鉄鋼材料と前記水素検出物質との間に設けられ、
前記水素検出物質は、厚さが30nm以上70nm以下であり、タングステン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかであり、
前記鉄鋼材料中に含まれる水素の濃度に応じて前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化するよう構成されていることを
特徴とする鉄鋼材料中の水素の検出器。
【請求項２】
前記鉄鋼材料中に含まれる水素が前記水素検出物質と混合することで、前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化することを特徴とする請求項１記載の鉄鋼材料中の水素の検出器。
【請求項３】
前記水素バッファー膜の室温における水素拡散係数が 1.0×10-9 m2・s-1以下であることを特徴とする請求項１または２記載の鉄鋼材料中の水素の検出器。
【請求項４】
前記水素バッファー膜がパラジウム、ニッケルからなる群より選ばれるいずれかであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の鉄鋼材料中の水素の検出器。
【請求項５】
前記水素検出物質がタングステン酸化物、前記水素バッファー膜がパラジウムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の鉄鋼材料中の水素の検出器。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、鉄鋼材料中に存在する水素あるいは外部から侵入した水素の濃度や存在箇所の経時変化を計測するための、鉄鋼材料中の水素の検出器に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、鉄鋼材料中に存在する水素の濃度や水素の存在箇所の経時変化を、目視観察や画像、動画撮影を通して計測するための鉄鋼材料中の水素の検出器を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明者等は、従来技術では成し得なかった、鉄鋼材料中に存在する水素の濃度や水素の存在箇所の連続測定を実現するため、種々の試験研究を行い、本発明を完成させた。本発明の趣旨は、以下の通りである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る鉄鋼材料中の水素の検出器は、水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、前記水素バッファー膜は、厚さが2nm以上150nm以下であり、測定対象の鉄鋼材料表面に接触するよう、前記鉄鋼材料と前記水素検出物質との間に設けられ、前記水素検出物質は、厚さが30nm以上70nm以下であり、タングステン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、モリブデン酸化物、ニッケル酸化物、クロム酸化物、イリジウム酸化物、ロジウム酸化物からなる群より選ばれるいずれかであり、前記鉄鋼材料中に含まれる水素の濃度に応じて前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化するよう構成されていることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明に係る鉄鋼材料中の水素の検出器は、前記鉄鋼材料中に含まれる水素が前記水素検出物質と混合することで、前記水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化することが好ましい。

【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明に係る鉄鋼材料中の水素の検出器は、前記水素バッファー膜の室温における水素拡散係数が 1.0×10-9 m2・s-1以下であることが好ましい。また、前記水素バッファー膜がパラジウム、ニッケルからなる群より選ばれるいずれかであることが好ましい。本発明に係る鉄鋼材料中の水素の検出器は、特に、前記水素検出物質がタングステン酸化物、前記水素バッファー膜がパラジウムであることが好ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、鉄鋼材料中に存在する水素あるいは外部から侵入した水素の濃度や存在箇所の経時変化を、目視観察や画像、動画撮影を通して計測するための、鉄鋼材料中の水素の検出器を提供することができる。本発明に係る鉄鋼材料中の水素の検出器は、鉄鋼材料に接触させることで、鉄鋼材料中の水素濃度に応じて可視紫外反射スペクトルが変化するため、目視観察や光学顕微鏡観察、ビデオ撮影等により、鉄鋼材料中の水素濃度分布を連続的に取得することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の鉄鋼材料中の水素の検出器を使用し、電気化学的水素発生反応により水素を純鉄へ侵入させた時の、純鉄に含まれる水素を検出する試験の装置の（ａ）模式正面図、（ｂ）作用電極面の模式平面図である。
【図２】本発明の実施の形態の鉄鋼材料中の水素の検出器を使用して水素検出試験を行ったときの、水素を導入する前と、水素を３時間および６時間導入した後の、水素検出物質であるタングステン酸化物表面の画像である。
【図３】図２中の点Ａにおける、ＲＧＢカラーモードのＲ値（赤色）の経時変化を示すグラフである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための形態について述べる。
本発明の実施の形態の鉄鋼材料中の水素の検出器は、水素バッファー膜と水素検出物質とを有し、水素バッファー膜を鉄鋼材料表面に接触させることで、鉄鋼材料中に含まれる水素が濃度勾配に応じて拡散し、水素検出物質と混合する。そのとき、鉄鋼材料中に含まれる水素の濃度に応じて、水素検出物質の可視紫外反射スペクトルが変化する。この水素検出物質の可視紫外反射スペクトルの変化を、目視観察や画像、動画撮影を通して計測し、鉄鋼材料中の水素濃度分布を連続的に取得する。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
本発明に係る鉄鋼材料中の水素の検出器は、水素脆化が懸念される鉄鋼材料の、大気腐食環境および高圧水素ガス環境における水素侵入モニタリング用の水素検出器として利用可能である。