2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel Mg alloys with millefeuille structure
| Project Area | Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle- |
|---|
| Project/Area Number |
18H05476
|
|---|
| Research Institution | Kumamoto University |
|---|
Principal Investigator |
山崎 倫昭 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (50343885)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河村 能人 熊本大学, 先進マグネシウム国際研究センター, 教授 (30250814)
奥田 浩司 京都大学, 工学研究科, 教授 (50214060)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
|
| Keywords | マグネシウム合金 / 長周期積層構造 / ミルフィーユ構造 / キンク変形 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本計画研究では、経験的ミルフィーユ条件を満たす硬質層の稀薄層状分散構造Mg合金の創製と特性発現条件・機構の理解を通して、ミルフィーユ構造の強化理論確立と材料創製による学理構築を目指すことで領域の深化に貢献することを目的とする。具体的には、（1）通常場を用いたミルフィーユ構造物質創製において（1-1）成分設計・加工熱処理制御による材料創製、（1-2）相変態・析出制御技術の確立を行う。（2）非平衡場を用いたミルフィーユ構造物質創製において（2-1）超急冷制御による過飽和固溶体を介したミルフィーユ構造形成技術の確立、（2-2）溶融塩プロセス制御による新規非平衡物質合成を行う。更には大型量子線その場回折・散乱を用いた（3）最適プロセス経路の選択原理の実験的探索を実施し、ミルフィーユ構造制御技術の高度化と高効率化を図ることとする。
2020年度は、（1-1）成分設計・加工熱処理制御においては、Mg-Zn-Y系希釈合金を対象として超徐冷プロセスを適用することでミルフィーユ構造領域の形成促進を図った。また、Mg-(Zn/Al)-Gd系合金についてもミルフィーユ構造を形成する成分探索を実施した。（2-1）超急冷制御では、Mg-Zn-Y系合金へ急冷プロセスを適用することでミルフィーユ構造領域の形成促進を図るとともにCluster-arranged layers (CALs)の分散度制御技術開発に着手した。（2-2）溶融塩プロセス制御では、Mg-Tiの共析出する電析条件の探索を行った。（3）最適プロセス経路の選択原理の実験的探索では、放射光の単色X線を利用し、小角と高角の同時測定法を適用することで、非周期型LPSO構造の形成過程の詳細な解析を行なった。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（1）通常場を用いたミルフィーユ構造物質創製では、（1-1）成分設計・加工熱処理制御においてMg-Zn-Y系希釈合金へ超徐冷プロセスを適用することで、ミルフィーユ構造形成を促進させることが可能であることを示した。また、また、Mg-(Zn/Al)-Gd系合金についてもミルフィーユ構造を形成する成分探索を実施し、Al添加による影響を明らかにした。（1-2）相変態・析出制御技術については、研究協力者の休業取得により計画的に中断していたが、2021年度より研究を再開する予定である。
（2）非平衡場を用いたミルフィーユ物質創製では、（2-1）超急冷制御において過飽和固溶体を介したミルフィーユ構造形成に成功しており、これまでにCluster-arranged layers (CALs)の分散度制御技術の開発を目指している。また、（2-2）溶融塩電気化学プロセスを用いることで新規非平衡物質合成を行い、Mg-Ti の共析出する電析条件を明らかにした。
（3）最適プロセス経路の選択原理の実験的探索では、放射光を中心としたその場測定法によって非周期型LPSOの形成過程に関する解析を実施した。高濃度Mg85Y9Zn6を用いて、非周期型形成過程のキネティクスを調査するともに、希薄Mg97Gd2Zn1を用いて、溶体化処理材の時効過程を調査した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
（1）通常場を用いたミルフィーユ構造物質創製
（1-1）成分設計・加工熱処理制御：硬質層分散型hcp/fcc層状稀薄Mg合金の開発を継続する。Type-I型のMg-Zn-Y系希釈合金およびType-II型のMg-Zn-Gd系希釈合金対象に徐冷凝固プロセスの最適化を行うとともに、ミルフィーユ構造組織導入量やキンク導入量の定量化を進め，機械的特性との関連性を明確にしていく。また、LPSO構造の高温変形によって形成されると考えられる<0001>回転型キンクの形成条件の詳細を調査する。（1-2）相変態・析出制御技術：bcc/martensite層状Mg合金の開発を再開し、開発合金の機械的特性評価、キンク形成挙動の調査を行う。
（2）非平衡場を用いたミルフィーユ構造物質創製
（2-1）超急冷制御：Type-I型のMg-Zn-Y系希釈合金とType-II型のMg-Zn-Gd系釈合金の2種類を用いて、急冷法で過飽和固溶体の実現とミルフィーユ構造の制御技術の開発を継続する。（2-2）溶融塩プロセス制御：令和2度のTiおよびMgの単独析出系に関する知見とを総合的に検討することで、電解電流（電位）をパルス変調する手法によるMg/Ti層状構造膜の形成技術の確率を目指す。
（3）最適プロセス経路の選択原理の実験的探索
ミルフィーユ構造形成（非周期積層秩序形成）のキネティクスの変化に関して、クラスター構造の特徴をEXAFSによって検討する試みを継続して進める。(1-1)の希釈Mg-Zn-Y合金への徐冷凝固によるミルフィーユ構造形成技術の確立および、(2-1)の超急冷制御による過飽和固溶体を介したミルフィーユ構造形成技術の確立に関する研究と連動して、非周期型の積層秩序の観点からのミルフィーユ材料形成過程についての評価手法を開拓する。
|
