2021 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 | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
萩原 幸司 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 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・延性 / その場観察・AE / マイクロ試験 / 単結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プロジェクト四年目となる本年は，最終目標であるキンク形成・強化のための「ミルフィーユ条件」について，当初の仮説を見なおし，如何に改善すべきかを明らかにすることを念頭に置き，研究をすすめた．
具体的成果として，(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，A02-1班とA04班との連携的取り組みにより，Mg, Al基の様々な材料において複相合金のラメラ組織制御により，キンク帯の形成誘導を実現した．東京大，榎・白岩らにより，これら複相合金におけるキンク帯形成挙動の直接観察，詳細解析を行うことで，キンク帯形成のための組織的，結晶学的支配因子の存在が示唆された．このように構造型ミルフィーユ材料のみならず，組織型ミルフィーユ材料におけるキンク帯形成機構，挙動支配因子が着実に明らかになりつつあるのが大きな成果である．また京都大・岸田によるマイクロピラーを用いたLPSO相におけるキンク形成挙動解析がさらに進められ，この結果，18R型と比較し14H型LPSO相では急峻な傾角境界の形成する荷重軸の角度範囲がより低角側に限定されることが見出され，キンク形成挙動に及ぼす結晶構造制御の重要性が示唆された．
(B)としては，昨年度見出したLPSOナノプレート分散Mg単結晶を用いることで，これまで未達成であったキンク強化の定量化を初めて実現した．驚くべきことに，構造的には刃状転位列と近似できると考えられるキンク界面は従来の予想とは異なり，複雑構造を有する一般粒界と同程度の転位運動抑制能を持つことが明らかとなり，この物理的起源を明らかにすることが最終年度に向けた残された課題といえる．また(A)に示すようにAl基の構造型ミルフィーユ材料においてもキンク帯の分布分散制御を可能とすることで，キンク強化評価の目途をつけることに成功した．
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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
コロナ禍が予期せず続く本年度においても，オンラインを最大限に活用し班内の参画研究者による研究会を複数回開催し，所属大学，班の垣根を越えた密接な共同研究を引き続き実施することで，当初の予定を大きく超えるペースでの研究活動が継続できている．
実際に，A01班との共同研究による論文発表は2件とその数が増加し，A01, A02, A03, A04すべての班との間での共同研究が，より規模を大きくする形で引き続き進展している．
本プロジェクトの目的である「ミルフィーユ条件解明」を最終年度である本年度中に達成するために，この連携をさらに拡張するべく新たな共同研究も計画しており，極めて加速的な研究進展がなされている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究によりキンク強化による力学機能高機能化の代表例としてのMg基LPSO合金以外にも，種々の構造型，組織型ミルフィーユ材料の力学特性評価を進めてきた．この結果特に，硬質層と軟質層のマクロな相互積層「ミルフィーユ組織制御」により，結晶対称性の高いアルミニウムを母相とする合金においてすら，キンク帯誘導が可能であることが見出され，非常に幅広い領域でミルフィーユ材料開発が達成され得る可能性が昨年度研究により示唆された．
本年度は，上述のように他班との連携強化，特にA04班との連携によるさらなる他材料での条件検討を進めることで，最終目的である，プロジェクト開始初期に仮説として提案したキンク強化する材料開発のための条件：「ミルフィーユ条件」のアップデートを実現する．これまでの検討によりMg基LPSO相，MAX相といった単相「構造型ミルフィーユ材料」におけるキンク形成，キンク強化機構について，明確にその支配因子等が明らかになりつつある．本年度はAl基，Ti基，さらには鉄基パーライトといった「組織型ミルフィーユ材料」に対し同様の検討を進めることで，これまで得られた知見がどこまで拡張できるかを検討する．昨年度までの研究により，Al-Cu組織型ミルフィーユ材料においてラドン変換により変形帯が生成するときのラメラ構造の特徴を考察し，変形帯の結晶回転挙動を解析した．本年度は局所的なラメラ構造の乱れや第二相の影響を考慮した解析を行うことで，キンク生成の起点となる構造的特徴を定量化することを目指す．また，最先端の電子顕微鏡法を駆使して各種ミルフィーユ材料中のキンク界面の精密構造解析を行い，キンク強化による優れた力学特性の発現に不可欠な因子の抽出を行う．さらに，Mg/LPSO二相合金や他のAl合金についても検討の範囲を広げ，計算グループとの連携を行うことで，キンク強化の発現条件を明らかにする．
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Research Products
(64 results)
