2021 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) |
荒木 秀樹 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20202749)
杉山 和正 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40196762)
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 / 構造解析 / 短範囲規則 / 原子間相互作用 / 相分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、以下の分担項目において検討を行った。
Fe-35Ni-10Cr合金の窒化材を調査し，極めて高い窒素濃度と表面硬さが得られることならびに，固溶体中に存在するナノスケールのCr-Nクラスターが発達すことをTEMならびに3DAP解析により明確に示した．さらに，同程度のN濃度を有するFe-N合金の数倍の硬度を有することから，Cr-Nクラスターは硬化に対しても有効であることを示した．
結晶質・非晶質を問わず，様々な試料に関して含有される元素を分別しその局所構造や短配位置規則性を解明する方法論として異常散乱法を駆使した研究を展開し，継続して構造解析方法としての異常散乱法の実現と高精度化を目指し，物質構造科学研究所に設置の装置の整備も進めてきた．本年度末には，本領域で購入整備した実験室系で活躍する装置の放射光セットの設置が完了する計画である．
CrCoNiミディアムエントロピー合金の双晶界面への溶質原子の偏析について３次元アトムプローブ（APT）とTEMを組み合わせた手法により調査し，TEM像での双晶界面に対応する位置で、元素マップ上でCrが欠乏し、わずかにCoとNiが濃くなる偏析現象を見出した．
AlxCrFeCoNi合金について、電子線照射により導入した空孔の回復挙動を陽電子寿命法により調べた結果、Al0.1CrFeCoNi、Al0.3CrFeCoNi合金における空孔移動エネルギーはそれぞれ0.62 eV、0.59 eVとなった。CrMnFeCoNi合金における値0.93 eVと比較するとAl添加により空孔移動エネルギーが顕著に減少する傾向が見られた。また、空孔形成エネルギーについて第一原理計算により調べた結果、Al添加により各原子種の空孔形成エネルギーは低下する傾向が見られた。これらのAl添加の影響は、Al添加に伴う各原子種の平均二乗変位の増加に加え、近接原子との結合力の低下が影響していると考えられる．
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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
理由
ハイエントロピー合金の相安定性の理解を深めるために、当初予定していた高窒素添加材の調査、非晶質合金における中距離領域構造の発達解明，3次元アトムプローブを用いた粒界偏析の調査、陽電子寿命法や第一原理計算を用いた空孔移動と空孔形成エンタルピー評価ができており、順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，主要研究対象とするFe基多元系高合金およびハイエントロピー合金を用いて，以下の項目において研究を行う．
（１）電子顕微鏡および三次元アトムプローブにより，昨年度までに作成したFe-Ni-X合金窒化材のナノスケールの相分離挙動を明らかにするとともに，Fe-Ni/Fe-Ni-X拡散対を窒化して硬さ，窒素濃度および微細組織に及ぼすX添加量の影響を明確にする．
（２）BCC系ハイエントロピー合金を中心に陽電子寿命測定により空孔の移動および形成エンタルピーを求め、拡散の活性化エネルギーにおける寄与を明らかにする。第一原理計算により各エンタルピーの理論計算値を求めて実験結果の検証を行うとともに、各構成元素の影響を明らかにする。
（３）本年度は，多元系合金に存在する局所構造の解明に集中する．具体的には，これまでの研究経緯で実績のある，Fe-Ni系，Al-Co-Ni，Cr-Co-NiおよびMn-Co-Ni系を対象とする．本グループの特徴である，液体急冷法およびX線異常散乱法の適用を計画している．
（４）3次元アトムプローブと透過電子顕微鏡を用いることによりCrCoNi合金の積層欠陥や双晶における溶質原子の偏析挙動を解明する。また、微細粒二相分離ハイエントロピー合金の詳細な組成分析を行う．
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Research Products
(33 results)
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[Presentation] High-pressure Synthesis, Crystal Structure, and Properties of High-entropy Chalcogenides with NiAs-type and Pyrite-type Structure2021
Author(s)
A. Yamamoto, A. Zakiyatul, R. Furui, H. Yokoyama, D. Murata, S. Kumegai, K. Sugiyama, N. Dragoe, M. Fronzi
Organizer
10th Asia Conf. High-Pressure Research（ACHPR-10）
Int'l Joint Research
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