2014 Fiscal Year Annual Research Report
量子線を用いた精密構造解析によるＬＰＳＯ構造の材料特性発現機構の解明
| Project Area | Materials Science of synchronized LPSO structure -Innovative Development of Next-Generation Lightweight Structural Materials- |
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| Project/Area Number |
23109003
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
相澤 一也 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門J-PARCセンター, 研究主席 (40354766)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 滋 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 利用促進部, 主席研究員 (50360821)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | LPSO / マグネシウム / 中性子 / 放射光 / 結晶構造 / 力学特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
J-PARCでは、LPSO合金力の変形機構解明を目指してLPSO合金で提案されているキンク変形とMg合金で知られている双晶変形に注目した18R Mg85Zn6Y9一方向凝固材及びAZ31合金のAE同時測定圧縮応力下その場中性子回折実験解析を進めた。AZ31合金に関しては、中性子回折では｛1 0 -1 2｝<1 0 -1 1>変形双晶が観察されると共にAE信号では、応力負荷直後からすべりのスケールフリー性を表すべき乗に従ったAEエネルギー分布が観測され且つ双晶変形に起因するピークが発生することを明らかにした。Mg85Zn6Y9に関しては、降伏点近傍までAE信号が観測されず且つ中性子回折により、キンク変形前駆現象と考えられる底面ひずみの増加を明らかにすると共にキンク変形に起因する回折ピーク変化の定量的評価に成功した。以上から、LPSO合金のキンク変形とMg合金の双晶変形は、異なる変形機構であることを示した。
SPring-8では、精密な結晶構造の解明を目指してBL40XUピンポイント構造計測装置を利用し、18R Mg85Zn6Y9一方向凝固材、14H Mg85Zn1Gd2熱処理材、Mg29Al3Gd4結晶、14H MgZn5Y7一方向凝固材に関して微小単結晶回折を実施し、回折データの収集に成功した。現在、詳細なデータ解析中であるが、Mg29Al3Gd4結晶については、これまでのTEM観察では不明であった各原子位置の微小な変位に関する情報を明らかにした。また、微小領域での力学特性解明を目指して微小試料応力印加試験装置を利用したマイクロラウエ実験を実施し、Mg85Zn6Y9試験片を少しずつ圧縮しながら、マイクロラウエパターンの変化を測定することに成功し、圧縮応力の増加と共に試料片が変形し約6 MPaから塑性変形が始まっている様子を明らかにした。現在、詳細な解析を実施中である。
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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
本研究の目的は、世界トップクラスの大型量子線施設J-PARC(中性子)、SPring08(放射光)の最新鋭装置群(SuperHRPD、匠、大観、BL02B2、BL13XU、BL40XU等)を駆使して世界最高精度でLPSO相の結晶・組織解析を行い、結晶構造解析では、定量的な結晶構造情報、組織(高次構造)解析では、応力、温度を外場としたシンクロ型LPSOの物質の形成過程、応答を明らかにすることである。これらにより、シンクロ型LPSO構造の材料特性発現に関する学理構築に貢献する。
今年度までに、Mg基シンクロ型LPSO物質の強化機構として提案されているキンク変形の発現に関して、単相試料を用いて格子ひずみの緩和の特徴、変形現象のエネルギー、時間依存性を明らかにすると共に、関連して、実用材料として期待されている2相合金においてLPSO相が強化相として働くことを明らかにした。
また精密構造解析により、Mg-Al-Gd系LPSO構造の原子の結合長、クラスター構造を明らかにすると共に、単相試料の熱膨張係数の決定に成功した。
上記成果を元に、今後シンクロ型LPSO相の精密な結晶構造、形成過程、強化機構に関する知見を得ることが可能と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，本領域研究の最終年度であり，領域他班と連携して，本研究のまとめを行う。J-PARCにおいては，中性子回折による精密結晶構造解析を完結させると共に，力学特性の解明を目指して，これまでの知見を元に，低温から高温までの広い温度範囲で，18R LPSO単相及び比較として2相合金のAE同時測定応力下その場中性子回折を実施し，LPSO合金のキンク変形機構に関する統一的理解を目指す。また，室温でのその場低サイクル疲労試験下中性子回折も実施し，実用材としてのLPSO合金の基礎的特性データを取得する。SPring-8においては，微小単結晶構造解析を進めると共に，その場圧縮試験下でのドメイン変形観察，LPSO合金の熱膨張係数測定等を更に展開させ，LPSO合金の種々の特性を精密に評価することを目指す。最終的に，J-PARCとSPring-8により得られた構造及び変形機構に関する結果をまとめて，LPSO構造の材料特性発現に関する知見を得ることを目指す。
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