荷電粒子ビームを用いた金属合金中のナノ構造体生成と強度、電気伝導度制御
Project/Area Number |
20K12482
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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Allocation Type | Multi-year Fund |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 80040:Quantum beam science-related
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Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022) Osaka Prefecture University (2020-2021) |
Principal Investigator |
岩瀬 彰宏 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 客員教授 (60343919)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
堀 史説 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20275291)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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Keywords | 銅合金 / 電子線照射 / 強度改質 / 電気伝導度改質 / アルミ合金 / イオン照射 / EXAFS測定 / 量子ビーム材料改質 |
Outline of Research at the Start |
高エネルギー荷電粒子(イオン、電子)ビーム照射により材料中に生成され、非常に大きな拡散速度を有する格子欠陥(格子間原子、原子空孔)と合金中の添加元素のカップリングによる照射促進偏析現象がもたらす添加元素のナノクラスター化を利用して、従来、高温かつ長時間を要した熱処理による材料プロセシング法に代わり、今までよりもはるかに低温かつ短時間で合金材料の高強度化と高電気伝導化を行う新規材料プロセシング法を開発する。研究対象は、より実用的な観点から、軽量構造材・電線材料としてのアルミニウム合金、電子デバイス基板・リードフレーム材料候補の銅チタン合金とする。
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Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までのAl合金(Al-Cu2元合金、ジュラルミンなど)における研究に引き続き、当該年度は、Cu-Ti合金における研究を実施した。Cu-Ti合金は、高温での熱処理により、優れた強度、電気伝導度をしめすことから、種々の電子デバイスに用いられる。 本研究では、純銅、純チタンをArガス中で高周波溶解し、圧延したのち溶体化処理して均質組成としたCu-4at.%Ti合金を、2MeVの電子ビームで、従来の熱処理で用いられる温度(450℃程度)よりもはるかに低い200℃で照射し、ビッカース硬度と電気伝導度の電子線照射量依存性を求めた。また、Ti原子周辺の原子配列の照射による変化を見るため、放射光を用いたEXAFS測定も実施した。 得られた結果は次の通りである。電子線を1.2e18/cm2照射したときの電気伝導度は、純銅の11%に達し、ビッカース硬度は155程度に増加した。同程度の温度での熱時効では、同じ時間におけるプロセシングでも、電気伝導度、硬度ともほとんど変化せず、低温における電子線照射の優位性が示された。照射試料を電子顕微鏡を用いて観察したところ、微少なTi析出物が観測された。これは、電子線照射による照射促進拡散によるものと考えられる。Ti原子の析出によりCuマトリックス中のTi濃度が減少したことで、電気伝導度が増加し、また、Ti析出物により転位の運動が妨げられたため、硬度が増加したものと考えられる。 以上の実験は、真空中での照射で実施したものであるが、より実用展開を目指すため、大気中における簡便な照射法も併せて試みた。 以上の稀薄合金の結果と比較・考察するため、ZrやNiを主成分とする高濃度合金についても、イオン照射実験と硬度測定を実施した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2021年度に続き、当該年度においてもcovid-19の影響はあり、研究打ち合わせや加速器実験のためなどの出張が制限されることによって、2022年度に予定されていた研究の一部を遂行することができなかった。このため、研究遂行に若干の遅れが生じている。
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Strategy for Future Research Activity |
今までは、試料を真空中に置いた状態でイオンや電子を照射してきたが、この方法では、作業に手間がかかり、効率が悪いため、実用には向かない。そこで、今後は、大気中で電子線を照射することで、合金の強度や電気伝導度を向上させる方法に取り組み、本研究を実用展開できる方向に持っていく予定である。 また、本研究で得られた成果を学会で発表し、補助事業期間内に論文を出版する予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)