2019 Fiscal Year Annual Research Report
ハイエントロピー合金に内在する元素間相互作用と相安定性原理の実験的解明
| Project Area | High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity |
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| Project/Area Number |
18H05456
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
古原 忠 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50221560)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉山 和正 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40196762)
荒木 秀樹 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20202749)
井上 耕治 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50344718)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 相安定性 / 時効・析出 / 拡散 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，以下の項目についての研究を行った．
（１）fccおよびbcc基の規則相を有するFe-Ni-AlおよびFe-Ni-Mn合金に注目して時効硬化挙動を幅広い時効条件で評価した．Fe-Ni-Al合金の微細組織をTEMおよび3DAPを用いて調査することで，時効硬化の初期段階でAl-Niの引力相互作用が関係する規則化を伴う相分離が生じていることが示唆される結果が得られた．
（２）ハイエントロピー合金に内在する構成元素間の短距離秩序(SRO)および中距離秩序(MRO)の構造詳細を，Ｘ線回折法およびＸ線分光学的手法を用いて解明することを目指した。その中で，非晶質合金に内在するSROおよびMROの構造解明，Fe-Ni-Mn合金粗大結晶材の時効処理に対応する散漫散乱の直接観測，Fe-Ni系合金の各元素の秩序化配列の評価などを試みた．
（３）CoCrFeMnNiハイエントロピー合金における積層欠陥への偏析の有無を調べたが，積層欠陥が存在する領域の元素マップからは，明瞭な積層欠陥への偏析は確認できなかった．一方，CrCoNiの[111]および[100]方向のSpatial Distribution Mapの測定から，[111]方向では濃度変調は見られないが、[100]では１原子面おきに濃度変調が観測され，形成初期段階のL12やL10が存在する可能性が示唆された．
（４）典型的な高エントロピー合金であるCoCrFeMnNiについて原子空孔の形成エンタルピーを評価した。陽電子寿命法により求めたCoCrFeMnNi合金の空孔形成エンタルピーは構成元素の純金属と比較しても顕著な差は見られなかった．第一原理計算による結果では空孔形成エンタルピーは約0.8 eVの分布幅を示すが、各原子種の平均値は約2.0 eVと一定の値となり、原子種による大きな差は見られなかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度末に導入した透過型電子顕微鏡の利用を進めるとともに，単結晶Ｘ線構造解析装置 に低温装置を付属させた解析システムの完成，Spring-8の既設２軸ゴニオメータを利用して非晶質構造解析システムを整備している．班内・班間会議を通じた勉強会により，解析に供する共通試料の選定も進め，ナノ組織解析が本格化し，その成果の学会発表までできるようになった．海外との共同研究もスタートし，今後高い成果が期待される．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降は、以下の研究を行う方針である．
fccあるいは bcc基高合金の溶体化・時効処理に伴う規則化／二相分離の発現を透過型電子顕微鏡観察，単結晶構造解析，三次元アトムプローブ測定などを用いて調べる．各元素の秩序化を解明する放射光Ｘ線異常散乱法の解析を進めるとともに，数インチサイズのHEA合金単結晶の育成も試みる．濃度変調の評価の可能性が見えてきた原子相関解析をさらに進め，その妥当性を検討する．また，陽電子寿命法や第一原理計算による4元系合金や3元系合金における空孔形成および移動エンタルピーの評価を行い，各合金元素の原子拡散への影響を明らかにしていく．
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[Journal Article] Chemical boundary engineering: a new route towards lean, ultrastrong yet ductile steel2020
Author(s)
Ran Ding, Yingjie Yao, Binhan Sun, Geng Liu, Jianguo He, Tong Li, Xinhao Wan, Zongbiao Dai, Dirk Ponge, Dierk Raabe, Chi Zhang, Andy Godfrey, Goro Miyamoto, Tadashi Furuhara, Zhigang Yang, Sybrand van der Zwaag, Hao Chen
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Journal Title
Science Advances
Volume: 6
Pages: easy1430
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Outstanding tensile properties of a precipitation-strengthened FeCoNiCrTi0.2 high-entropy alloy at room and cryogenic temperatures2019
Author(s)
Y. Tong, D. Chen, B. Han, J. Wang, R. Feng, T. Yang, C. Zhao, Y.L. Zhao, W. Guo,Y. Shimizu, C.T. Liu, P.K. Liaw, K. Inoue, Y. Nagai, A. Hu, J.J. Kai
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Journal Title
Acta Materialia
Volume: 165
Pages: 228-240
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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