化学的相互作用を利用したバルクナノマテリアルにおける粒界性格制御手法の探索

• Project Area: Bulk Nanostructured Metals -New Metallurgy of Novel Structural Materials
• Project/Area Number: 23102512
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 井 誠一郎 独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, 主任研究員 (60435146)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000); Fiscal Year 2012: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2011: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: バルクナノメタル / 強加工プロセス / 結晶粒界 / 粒界性格制御 / 転位 / 溶質元素 / Al / Al合金 / 強ひずみ加工 / 超微細粒材料 / アルミニウム / 透過型電子顕微鏡 / 格子欠陥

Outline of Annual Research Achievements

本年度は，特に2項目について検討を行った．【Al合金の加工プロセスによる粒界性格制御の可能性】AlおよびAl合金の粒界性格分布制御の可能性を検討することを目的として，AlおよびAl-Mg合金の単軸圧縮試験に伴う硬さ測定および変形組織観察を行った．圧縮軸方向に沿った硬さの分布は添加Mg量の増加に伴い最大硬さが上昇すると共に，中心付近と端部近傍における硬さの差がより大きくなった，特に，硬さ分布のMg濃度依存性は純Alの結晶粒微細化に伴う傾向と類似しており，添加Mgが微細粒における結晶粒界と同様に転位の運動に対する障害として作用すると考えられる．TEMによる圧縮変形組織観察においても，動的回復の影響で粒内にほとんど転位が認められなかった純Alに対して，Al-Mg合金では転位がランダムに存在しており，硬さ試験で得られた結果と矛盾しない．加えて，OIMによる結晶方位解析の結果，硬さ変化とΣ1粒界の存在頻度がよい一致を示し，硬さにより評価した機械的特性は，必ずしも大角粒界の形成に伴う結晶粒微細化を必要とせず，Σ1粒界の存在によりその改善を図ることが可能となることを意味していると考えられる．以上のことから，Al合金における小角粒界の有効性およびΣ1を利用した粒界性格制御の可能性が示唆される．【バルクナノAlにおける粒界近傍の弾性ひずみの定量評価】強加工プロセスによって形成されたバルクナノAlにおける粒界の高分解能電子顕微鏡観察および弾性ひずみの定量評価を行ったところ，粒界を挟んで約1nmの幅以内で弾性ひずみが大きくなることがわかった．この結果は，理論計算によって求められた粒界の最安定構造における自由体積の分布と概ね一致しており，弾性ひずみの観点からも，バルクナノメタル中の結晶粒界は理論計算によって求められている平衡粒界と類似した特徴を有していることが実験的に明らかとなった．

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Direct measurement of local magnetic moments at grain boundaries in iron (2013)
  • Author(s): S. Ii
  • Journal Title: Scripta Materialia Volume: 68 Issue: 5 Pages: 253-256
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2012.10.028
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlling grain boundary character distribution of high-temperature B2 phase in Ti-Ni-Fe alloy (2012)
  • Author(s): S. Ii
  • Journal Title: Intermetallics Volume: 31 Pages: 65-71
  • DOI: 10.1016/j.intermet.2012.06.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Reversible transition of deformation mode by structural rejuvenation and relaxation in bulk metallic glass (2012)
  • Author(s): Fanqiang Meng, Koichi Tsuchiya, Seiichiro, Yoshihiko Yokoyama
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 101 Issue: 12 Pages: 121914-121914
  • DOI: 10.1063/1.4753998
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-accommodation of B19' martensite in Ti-Ni shape memory alloys-Part II. Characteristic interface structures between habit plane variants (2012)
  • Author(s): Minoru Nishida
  • Journal Title: Philosophical Magazine Volume: (In press) Issue: 17 Pages: 2234-2246
  • DOI: 10.1080/14786435.2012.669860
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of Al content on Martensitic Transformation Behavior in Zr50Cu50-xAlx (2012)
  • Author(s): F.Meng, S.Ii, K.Tsuchiya
  • Journal Title: J.Alloys and Comp. Volume: 522 Pages: 136-140
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.01.125
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hot Dynamic Densification of Materials by Utilizing Underwater Shock Wave (2012)
  • Author(s): R.Tomoshige, S.Ii, M.Fujita, A.Chiba
  • Journal Title: Mater.Sci.Forum Volume: 706-709 Pages: 793-798
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.706-709.793
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] nfluence of Ni on stability of martensitic transformation in Zr50Cu50-xNi
  • Author(s): F.Meng, S.Ii, K.Tsuchiya, Y.Yokoyama
  • Journal Title: J.Alloys and Comp. Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-accommodation of B19' martensite in Ti-Ni shape memory alloys. Part II : Characteristic interface structures between habit plane variants
  • Author(s): M.Nishida, E.Okunishi, T.Nishiura, H.Kawano, T.Inamura, S.Ii, T.Hara
  • Journal Title: Philos.Mag. Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] バルクナノメタルの粒界構造解析と粒界形成に及ぼす添加元素の影響 (2012)
  • Author(s): 井誠一郎，土谷浩一
  • Organizer: 日本金属学会第151回秋季講演大会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-17
  • Invited
• [Presentation] HPT 加工した純鉄および鉄系金属間化合物の結晶粒微細化と磁気特性 (2012)
  • Author(s): 細川明秀，大塚秀幸，井誠一郎，土谷浩一，李天天
  • Organizer: 日本金属学会第151回秋季講演大会
  • Place of Presentation: 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-17
• [Presentation] Advantages of In-situ straining TEM technique for crack propagation in brittle ceramic materials (2012)
  • Author(s): S. Ii
  • Organizer: NIMS Conference 2012
  • Place of Presentation: つくば国際会議場
  • Year and Date: 2012-06-06
  • Invited
• [Presentation] 純AlおよびAl合金の力学応答に対する固溶元素の影響 (2012)
  • Author(s): 井誠一郎，江村聡，土谷浩一
  • Organizer: 軽金属学会第122回講演大会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2012-05-19
• [Presentation] TEM/EELSの金属材料への適用-粒界物性解明への試み- (2011)
  • Author(s): 井誠一郎
  • Organizer: 日本顕微鏡学会第55回シンポジウム
  • Place of Presentation: サンポート高松(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-01
• [Presentation] 実際の粒界構造を見る-超微細粒金属材料における粒界原子構造の高分解能電子顕微鏡観察- (2011)
  • Author(s): 井誠一郎
  • Organizer: 日本材料学会応用力学分科会
  • Place of Presentation: 学術総合センター(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-25
• [Book] X-ray spectroscopy (2012)
  • Author(s): Seiichiro Ii
  • Total Pages: 280
  • Publisher: Intech
• [Remarks] 代表者所属グループ Webサイト
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/msdg/index-j.html
• [Remarks] 代表者所属グループ Webサイト(英)
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/msdg/index.html
• [Remarks] 日本語版所属グループWebページ
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/msdg/index-j.html
• [Remarks] 英語版所属グループWebページ
  • URL: http://www.nims.go.jp/group/msdg/index.html