Control of intergranular degradation phenomena in metallic materials based on fractal analysis of grain boundary connectivity

• Project/Area Number: 26420709
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Composite materials/Surface and interface engineering
• Research Institution: Ashikaga Institute of Technology
• Principal Investigator: KOBAYASHI Shigeaki 足利工業大学, 工学部, 准教授 (00323931)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2015: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2014: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: 粒界工学 / 腐食 / 破壊 / 粒界連結性 / 粒界性格 / 粒界腐食 / フラクタル / ステンレス鋼 / アルミニウム合金 / ニッケル基合金 / 粒界応力腐食割れ

Outline of Final Research Achievements

A new approach to grain boundary engineering based on fractal analysis was investigated to obtain a clue to control the intergranular degradation phenomena in the practical metallic materials. For five kinds of practical alloys which show different microstructure evolution process, it was revealed that the random boundary connectivity where intergranular degradation preferentially propagates can be quantified by the fractal analysis. The intergranular corrosion resistance was improved by lowering fractal dimension of random boundary connectivity. It was demonstrated that the more precise prediction and control of intergranular degradation phenomena can be achieved by the grain boundary engineering based on the fractal analysis of grain boundary connectivity.

Research Products

• [Journal Article] Effect of grain boundary character on nucleation of intergranular fatigue cracks in SUS430 ferritic stainless steel (2017)
  • Author(s): 楊 蔚涛，小林 重昭，斎藤 栄
  • Journal Title: Transactions of the JSME (in Japanese) Volume: 83 Issue: 847 Pages: 16-00460-16-00460
  • DOI: 10.1299/transjsme.16-00460
  • NAID: 130006320999
  • ISSN: 2187-9761
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A new approach to grain boundary engineering for nanocrystalline materials (2016)
  • Author(s): S. Kobayashi, S. Tsurekawa, T. Watanabe
  • Journal Title: Journal of Nanotechnology Volume: 7 Pages: 1829-1849
  • DOI: 10.3762/bjnano.7.176
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Control of grain boundary connectivity based on fractal analysis for improvement of intergranular corrosion resistance in SUS316L austenitic stainless steel (2016)
  • Author(s): Shigeaki Kobayashi, Ryosuke Kobayashi, Tadao Watanabe
  • Journal Title: Acta Materialia Volume: 102 Pages: 397-405
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2015.08.075
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] SUS304ステンレス鋼の粒界劣化現象に及ぼす粒界連結性の影響 (2016)
  • Author(s): 小林重昭，小林良輔
  • Organizer: 日本機械学会M&M2016材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2016-10-09
• [Presentation] 粒界微細組織のフラクタル解析に基づく粒界制御による金薄膜の電気抵抗制御 (2016)
  • Author(s): 石橋一真，小林重昭
  • Organizer: 日本金属学会秋期大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] 多結晶ニッケルにおけるランダム粒界の幾何学的分布のフラクタル解析とそれに基づく粒界工学による偏析脆性破壊の抑制 (2016)
  • Author(s): 小林重昭，丸山辰也
  • Organizer: 日本金属学会秋期大会
  • Place of Presentation: 大阪大学
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] Effect of grain boundary microstructure on electrical conductivity in gold thin films produced by sputtering and subsequent annealing (2016)
  • Author(s): Shigeaki Kobayashi, Yoshihito Sugiyama, Kazuma Ishibashi
  • Organizer: THERMEC 2016
  • Place of Presentation: Graz, Austria
  • Year and Date: 2016-05-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 粒界連結性を考慮した粒界工学に基づく低積層欠陥エネルギー材料の粒界劣化現象の制御 (2016)
  • Author(s): 小林 重昭、小林 良輔、橋本 龍一
  • Organizer: 日本金属学会春期大会
  • Place of Presentation: 東京理科大学
  • Year and Date: 2016-03-23
• [Presentation] 多結晶金属材料のフラクタルを用いた粒界連結性の定量化と脆性破壊制御 (2015)
  • Author(s): 小林 重昭、小林 良輔、橋本 龍一
  • Organizer: 日本機械学会M&M2015材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学
  • Year and Date: 2015-11-21
• [Presentation] SUS430ステンレス鋼の高サイクル疲労における微視き裂形成に及ぼす結晶粒界の影響 (2015)
  • Author(s): Yang Weitao、小林 重昭、齋藤 栄
  • Organizer: 日本機械学会M&M2015材料力学カンファレンス
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学
  • Year and Date: 2015-11-21
• [Presentation] オーステナイト系ステンレス鋼の粒界連結性のフラクタルに基づく評価方法の確立 (2015)
  • Author(s): 小林 良輔、小林 重昭
  • Organizer: 日本金属学会秋期大会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] インコネル600の長寿命化のためのフラクタルに基づく粒界制御プロセスの検討 (2015)
  • Author(s): 橋本 龍一、小林 重昭
  • Organizer: 日本金属学会秋期大会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] SUS430 ステンレス鋼の疲労破壊に及ぼす粒界微細組織の影響 (2015)
  • Author(s): Yang Weitao、小林 重昭、齋藤 栄
  • Organizer: 日本機械学会年次大会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2015-09-14
• [Presentation] 粒界連結性のフラクタル解析に基づくSUS316Lステンレス鋼の粒界腐食制御 (2015)
  • Author(s): 小林良輔、小林重昭
  • Organizer: 日本金属学会春期大会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] インコネル600における粒界劣化現象抑制のためのフラクタル解析に基づく粒界工学 (2015)
  • Author(s): 橋本龍一、林翔太、小林重昭
  • Organizer: 日本金属学会春期大会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2015-03-20
• [Presentation] SUS316Lステンレス鋼の粒界連結性の制御による粒界腐食の抑制 (2014)
  • Author(s): 小林良輔、小林重昭
  • Organizer: 日本金属学会秋期大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24
• [Presentation] インコネル600のフラクタル解析に基づく粒界連結性の評価と粒界腐食の制御 (2014)
  • Author(s): 橋本龍一、小林重昭
  • Organizer: 日本金属学会秋期大会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2014-09-24