2016 Fiscal Year Annual Research Report
Breakthrough toward "second-generation" grain boundary engineering
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16H06366
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
連川 貞弘 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (40227484)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大村 孝仁 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他研究員 (40343884)
小林 重昭 足利工業大学, 工学部, 准教授 (00323931)
井 誠一郎 国立研究開発法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他研究員 (60435146)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶・組織制御 / 粒界 / 粒界工学 / 双結晶 / 転位 / ナノインデンテーション / pop-in現象 / TEM内その場観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，研究代表者らがこれまでに確立してきた粒界工学の研究成果を踏まえ，「第二世代」粒界工学へのブレークスルーを図るための学術基盤の強化を目的としている。Ｈ28年度は下記の項目について研究を実施した。
1. アルミニウム双結晶を用いた粒界局所力学特性の解明：粒界面方位の異なるΣ3対称傾角粒界，および相対方位差の異なる<001>小傾角粒界についてナノインデンテーション試験を行なった。特に，荷重ー変位曲線にしばしば現れるpop-in現象に着目し，塑性変形の開始および隣接粒への伝播挙動と粒界性格・構造との関連を検討した。Σ3粒界では，隣接結晶粒への塑性変形伝播のための臨界応力が粒界面方位に著しく依存し，{111}Σ3粒界では他の粒界面方位を有するΣ3粒界よりも著しく低いことが明らかとなった。また，ねじり角成分の導入により，上記の臨界応力が著しく上昇することが見出された。
2. TEM内その場変形測定法を用いた転位ー粒界相互作用の力学応答：相対方位差39°のランダム粒界を有するアルミニウム双結晶についてナノピラーを作製しTEM内その場変形測定を試みた。転位の生成および負荷応力の増加にともなう転位の発生・運動を直接動的に捉えることができ，転位の運動状態に対応する力学応答の計測に成功した。特に，粒界近傍から転位が優先的に生成し，その際に変形応力が急激に低下するpop-in現象が現れることを初めて明らかにした。
3. 高積層欠陥エネルギー材料に対する粒界制御方法の検討：SUS430フェライト系ステンレス鋼について，高頻度の低角粒界および低Σ対応粒界を導入するための粒界制御プロセスを検討した。冷間圧延と焼鈍からなる加工熱処理法により{111}集合組織が形成され，その発達にともない低角粒界および<111>回転軸に対して出現が予測されるΣ3対応粒界の存在頻度が高くなることが明らかとなった。
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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
概ね，年度当初計画通りの実験研究が進行しており，アルミニウム双結晶を用いた粒界近傍での塑性変形開始挙動に関する研究の一部は論文として公表する準備を行なっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
アルミニウム双結晶を用いたナノインデンテーション試験より得られた荷重ー変位曲線にしばしば現れるsecond pop-in現象の解析において，粒界への堆積転位に対するback stressの大きさの評価が，隣接結晶粒への塑性変形の伝播のための臨界応力を正確に決定する上でのキーポイントになることがわかった。この点は，Hall-Petch則の物理的な意味を明らかにする上でも重要である。しかしながら，back stressを実験的に評価することは容易ではないため，シミュレーションを援用し，back stressの大きさの見積もりを試みる。
TEM内その場変形測定法を用いた転位ー粒界相互作用の力学応答の観察においては，Ｈ28年度はアルミニウムを用いたが，活動するすべり系が多いため観察が容易ではなかった。現象をより単純化して転位ー粒界相互作用を観察するために，Ｈ29年度は主すべり系が限定される六方晶金属を用いて観察を行う予定である。
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