(γ板・逆位相領域・転位)複合ナノ組織制御によるTi-Al金属間化合物の高機能化

• Project/Area Number: 16686042
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 小泉 雄一郎 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10322174)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥23,270,000 (Direct Cost: ¥17,900,000、Indirect Cost: ¥5,370,000); Fiscal Year 2006: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2005: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2004: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
• Keywords: 機能性材料 / 金属間化合 / 転位 / 規則・不規則変態 / 複合ナノ組織 / 界面 / 逆位相境界 / 相乗効果 / 金属間化合物 / 繰り返し変形 / 方向制御結晶 / 逆位相領域境界

Research Abstract

Ti-Al金属間化合物の逆位相領域(APD)組織と層状組織を同時に制御し、層状組織制御のみでは得られない特性を実現するための研究を行ってきた。昨年度の研究の結果、熱処理のみで組織制御した場合、γ板析出前にAPDが粗大化するため、層状組織と共存するAPDのサイズは最小で400nmであった。また、APDとγ板の組織複合化の効果を引き出すには、従来の不規則α単相温度からの急冷とその後のα_2+γ二相温度での等焼鈍で得られるより微細なγ板・APD複合ナノ組織が必要であることが示された。本年度は、そのような組織を得るため、γ板の優先核生成サイトとしての転位の役割に注目し、二相化焼鈍前の塑性加工の効果を調べた。具体的には、焼鈍前に圧延あるいは押し込み加工により塑性変形を加えることで優先核生成サイトとなる転位を導入してγ板析出を促進し、昨年度得られたよりも微細なγ板・逆位相領域・転位複合ナノ組織を得ることを試みた。
焼鈍前に10%圧延加工した結果、加工なしの場合にはγ板が析出しない条件(1073K 1×10^4s)での焼鈍でも平均間隔(L)88nmの層状組織が得られた。その際の平均APDサイズ(1)は214nnと微細であり、これまでで最も微細な複合ナノ組織が得ることができた。そのような組織を有する結晶の硬さはHV464と、熱処理のみで得られた同程度のL(94nm)を有する結晶の硬さHV366に比べて大幅に向上していた。また、10%圧延後1073Kで5×10^4s焼鈍した試料では、L=49nmとなった。これは、焼鈍前加工なしでさらに長時間焼鈍て得られる最小の五の約1/2であったことから、焼鈍前加工はγ板析出の早期化だけでなく、層状組織をさらに微細にする効果も有することを見出した。押し込み加工によりさらに大きな加工を加えた場合にはL=77nm、1=90nmと共に100nm以下の組織も得られた。

Research Products

• [Journal Article] Energies of conservative and non-conservative antiphase boundaries in Ti_3Al : a first principles study (2006)
  • Author(s): Y.Koizumi, S.Ogata, Y.Minamino, N.Tsuji
  • Journal Title: Philosophical Magazine 86 Pages: 1243-1259
• [Journal Article] Ti-39at%Al単結晶の硬さへの逆位相領域と層状組織の同時制御の効果 (2006)
  • Author(s): 小泉雄一郎, 岩本和樹, 南埜宜俊, 辻伸泰
  • Journal Title: 日本金属学会講演概要(2006年秋期大会) 139 Pages: 78-78
• [Journal Article] 圧延加工と熱処理によるTi-39at%Al単結晶の逆位相領域とγプレートの制御 (2006)
  • Author(s): 田中尭之, 小泉雄一郎, 南埜宜俊, 辻 伸泰
  • Journal Title: 日本金属学会講演概要(2006年秋期大会) 139 Pages: 476-476
• [Journal Article] Ti-39at%Al単結晶における逆位相領域界面(APDB)およびγプレートの同時制御 (2006)
  • Author(s): 小泉雄一郎, 岩本和樹, 南埜宜俊, 辻伸泰
  • Journal Title: 日本金属学会講演概要(2006年春期大会) 138 Pages: 74-74
• [Journal Article] Ti-39at%Al単結晶における逆位相領域界面(APDB)およびγプレートの同時制御 (2006)
  • Author(s): 小泉雄一郎, 岩本和樹, 南埜宜俊, 辻伸泰
  • Journal Title: 日本金属学会春期大会講演概要集 (印刷中)
• [Journal Article] Evolution of antiphase domain (APD)/nanolamellar complex structure in Ti-Al single crystals (2005)
  • Author(s): Y.Koizumi, K.Iwamoto, N.Tsuji, Y.Minamino
  • Journal Title: Integration of Theoretical, Computational and Experimental Studies of Interfaces and Microstructural Evolution, in MS & T 2005, Pittsburgh Pages: 39-46
• [Journal Article] Ti-39at%Al単結晶における逆位相領域界面(APDB)およびγプレートの同時制御 (2005)
  • Author(s): 岩本和樹, 小泉雄一郎, 南埜宜俊, 辻伸泰
  • Journal Title: 高温学会誌 31・6(講演概要) Pages: 14-14
• [Journal Article] Diffusion of Si in Ti_3Al intermetallic compound (2005)
  • Author(s): Y.Koizumi, Y.Sakakibara, Y.Minamino, N.Tsuji
  • Journal Title: Proceedings of International Conference on Diffusion in Materials(DIMAT2004) Pages: 328-333
  • NAID: 10029252786
• [Journal Article] APDにより強化されたTi_3Al単結晶の高温変形挙動 (2005)
  • Author(s): 小泉 雄一郎
  • Journal Title: 日本金属学会春期大会講演概要集 (発表予定)
• [Journal Article] Growth kinetics of antiphase domain in Ti_3Al intermetallic compound (2004)
  • Author(s): Y.Koizumi, H.Katsumura, Y.Minamino, N.Tsuji, J.G.Lee, H.Mori
  • Journal Title: Science and Technology of Advanced Materials 5 Pages: 19-28
• [Journal Article] Evolution of antiphase domains and gamma lamellae in Ti-39at%Al single crystals
  • Author(s): Y.Koizumi, K.Iwamoto, T.Tanaka, Y.Minamino, N.Tsuji
  • Journal Title: Materials Research Society Symposium Proceedings (in press)
• [Journal Article] Evolution of antiphase domain (APD) /lamella mixed microstructure in Ti-39at%Al single crystals
  • Author(s): Y.Koizumi, K.Iwamoto, N.Tsuji, Y.Minamino
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A (submitted)
• [Journal Article] Energies of conservative and non-conservative antiphase boundaries in Ti_3Al : a first principles study
  • Author(s): Y.Koizumi, S.Ogata, Y.Minamino, N.Tsuji
  • Journal Title: Philosophical Magazine (in press)
• [Journal Article] Effect of Excess Vacancies on Antiphase Domain Growth in Fe_3Al
  • Author(s): Y.Koizumi, T.Hagiwara, Y.Minamino, N.Tsuji
  • Journal Title: Materials Research Society Symposium Proceedings (in press)