2020 Fiscal Year Annual Research Report
Clarification of formation and strengthening mechanisms of deformation kink by the mechanical analyses
| Project Area | Materials science on mille-feullie structure -Developement of next-generation structural materials guided by a new strengthen principle- |
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| Project/Area Number |
18H05478
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
萩原 幸司 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10346182)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岸田 恭輔 京都大学, 工学研究科, 准教授 (20354178)
榎 学 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (70201960)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | キンク変形 / ミルフィーユ構造 / 変形モード / 強度 / その場観察・AE / マイクロ試験 / 単結晶 / LPSOナノプレート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プロジェクト三年目となる本年，キンク形成・強化のための「ミルフィーユ条件」の妥当性解明を実現するための多くの実験データ新たに取得した．具体的に，(A)キンク変形帯の形成機構，(B)これを介した強化機構，のそれぞれについて，まず(A)としては，LPSO相におけるマイクロピラー圧縮試験を，塑性挙動の荷重軸方位依存性解明の観点からより精緻に行い，この結果，底面と荷重軸が完全に平行な場合にはキンク形成が生じず，わずかな傾きを持った際にキンク帯形成が生じることを初めて実証した．このような現象の不連続性はまさに，キンク帯形成の起点がいわゆる双晶変形を素過程とするのではなく，転位運動を基にすることを初めて明確に示した意義深い結果といえる．さらに過去のZn単結晶を用いたマクロ試験挙動との挙動の違いを見出し，変形拘束状態がキンク形成挙動に強い影響を及ぼすことを明らかにした．(B)としては，押出によりキンクを導入したMg/LPSO押出材は，Mg固溶体合金よりも高い疲労限を示し，キンク強化が，単純圧縮引張変形のみならず疲労変形に対しても有効に寄与する可能性が示唆された．さらに新規ミルフィーユ材料として，Mg99.2Zn0.2Y0.6(at.%)Mg固溶体合金に着目し，単結晶を用いた検討を行った．この結果，as-grown状態にて，単結晶中には数原子レイヤーにZn,Yが濃化した面欠陥(LPSOナノプレート)が密に存在しており，驚くべきことに，この単結晶の強度は底面が容易に運動する方向以外では従来のLPSO相単相合金とほぼ同程度の高い値を示すことが見出された．まさにこのことは，本新学術領域研究で着目した「ミルフィーユ組織制御」が力学特性制御を可能にするという有用性を端的に示す結果である．さらに本研究結果より，キンク変形が引張伸びを生み出すことも世界に先駆けて実験的に実証した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上述のように，本年度も，コロナ禍の状況下にもかかわらず，昨年をも上回るような，当初の想定を大きく超えるペースで多くの新規知見が得られており，極めて順調に計画が進捗している．直接対面での討論はできないものの，班内の参画研究者による三回の研究会を開催し，所属大学，班の垣根を越えた密接な共同研究実施も引き続き実施している．この結果，A01班との共同研究による論文発表を新たに行い，またA01,A02,A03,A04すべての班との間で共同研究を実施するなど，当初想定を超える研究進展が進んでいる．
具体的に，A01班との上述のLPSOナノプレートを利用した材料創製法，A02班とのLPSOナノプレートの分布評価法，また変形機構，変形挙動の計算力学的解析，A03班との実験的検討を通じた強化機構解明，A04班とのAl系「組織型」ミルフィーユ材料の力学特性解明に関する検討等が進んでいる．これらを継続的に続けることで，本プロジェクトの目的である「ミルフィーユ条件解明」に到達できるものと強く期待できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，これまでの成果を基にさらに発展させるべく，以下のような研究を推進する．
（1）「ミルフィーユ条件」解明に向けた検討：昨年度までの研究より，「構造的ミルフィーユ材料」において，従来のMg/Mg17Al12, Mg/Mg2YbといったMg系共晶合金以外にも，数種のAl系共晶合金においてキンク帯形成が確認された．興味深いことにこのAl共晶合金の中では，構成相中で同一の結晶学的方位関係を有するにもかかわらず，キンクの形成挙動が異なる結晶群が存在することが見出された．このことは，組織形態，結晶方位関係以外に，キンク帯形成挙動を支配する因子が存在することを示唆している．本年度はキンク帯形成挙動の荷重軸方位依存性，構成コロニー結晶間の方位関係，といった観点に着目しキンク帯形成挙動の支配因子を明らかにする．またこれと並行して，単結晶マイクロピラー圧縮法による精密機械試験による調査を引き続き進めるとともに，計算グループとの連携を行うことで，各種材料のキンク形成条件の解明を目指す．
（2）LPSO相に着目したキンク形成，強化挙動の解明：昨年度までに，アコースティック・エミッション（AE）法と高速度カメラを組み合わせることで，マグネシウム合金，LPSO相合金における微視変形の動的解析を行った．さらに，同手法をA04班で作製されたTi-12Mo合金及び，上述のように我々が新たにキンク帯形成を見出したAl系一方向凝固材に適用することで，これらの材料における微視変形の動的挙動の評価を試みた．この結果，比較的低速な変形帯の成長が観察され，その内部でキンク帯が観察された．この挙動はLPSO相のそれとは大きく異なり大変興味深い．本年度は作製条件（組織形態）を変えたサンプルについて，同様の圧縮試験を行うことで，キンク形成の動的過程の詳細について検討を進めることで，形成挙動の支配因子解明を図る．
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| Remarks |
当該研究成果による学協会での本年度受賞件数：４件
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Research Products
(37 results)
