2019 Fiscal Year Annual Research Report
3D/4D mesoscopic materials science led by ultra-high resolution X-ray microscopy
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17H01328
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
戸田 裕之 九州大学, 工学研究院, 教授 (70293751)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 正和 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20378243)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 強度・破壊靭性 / 可視・評価技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、大別して、①4Dイメージング周辺技術の整備、②先端3Dイメージング実験技術の開発、③4D画像の定量解析技術の開拓、および3D画像の応用解析技術の整備の3点から研究課題にアプローチしている。これにより、SPring-8の優れたシンクロトロン放射光技術が材料工学、機械工学の分野で優れた応用成果に結び付くよう、基盤技術を先導する事が目的である。
SPring-8のBL20XUにおいてX線エネルギー30keVの超高分解能X線顕微鏡実験を申請段階の研究計画より1年間程度前倒しすることができ、既に前年度内に実施済みである。本年度は、この高分解能化、高コントラスト化、アーティファクト低減、ノイズ低減を行うため、セットアップをさらに改善した。具体的には、コンデンサー用ゾーンプレートの変更（多角形化）による高フラックス化、撮像条件の最適化などである。
応用研究のTRIP鋼の研究では、試料全体にわたる相変態および損傷・破壊挙動へ及ぼす変態の影響を理解するために、超高分解能X線顕微鏡法によるその場引張試験を行うと同時に、1μmまで絞ったビームを用いたXRD実験を行った。また、これに必要な上記③の開発と適用も行った。一連の研究データは概ね解析が終了し、実用的なレベルの結晶組織を持つTRIP鋼の引張負荷下の相変態挙動を明らかにする興味深いデータが出ている。この成果は、早急に論文化を行う予定である。また、Al-Zn-Mg-Cu系アルミニウム合金の変形時の各種トラップサイト間の水素の再分配挙動についても高精度化した。そのため、η2析出物、および金属間化合物粒子のトラップサイトを特定すると共に、正確なトラップエネルギーを求め、合わせて負荷下のトラップエネルギーの変化、亀裂先端のトラップ組織変化などの情報を取り入れた高精度な水素分配計算を実施した。これも、次年度早々に論文化を実施する予定である。
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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
前年度までに計画を1年間程度前倒しして行ったX線エネルギー20～30keVのX線顕微鏡では、追加の実験を繰り返すことで、それらイメージングの条件の調整、実験セットアップの改良等も当初計画よりかなり先行した形で進行した。最終年度に計画していたペンシルビームを用いたX線回折実験と開発した高分解能4Dイメージングを組み合わせる応用研究を本年度に前倒しで行い、その解析も概ね終了した。現在の進行状況は、初期のタイムスケジュールより依然として1年程度先行しており、また計画よりも装置の精度、解析の精緻さなどの点で高度なレベルで達成されているものと判断する。
また、開発した4Dイメージング周辺技術、3Dイメージング実験技術、および3D/4D画像の基盤・応用解析技術の応用研究に関しても、主に最終年度に企画していた所、TRIP鋼、およびAl-Zn-Mg高力アルミニウム合金に関して、一通りの実施を行った。いずれの場合も、材料科学的に興味深い生かが得られており、これにより開発手法の優秀さがわかる。
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| Strategy for Future Research Activity |
SPring-8のBL20XUにおいてX線エネルギー30keVの超高分解能X線顕微鏡実験を行うに辺り、さらなる高コントラスト化、アーティファクト低減などを睨んだ研究を行う。具体的には、Zernike法ではなく、Schlieren法による位相コントラストイメージングを試行することで、さらなる高コントラスト化が可能か検討する。また、応用研究では、TRIP鋼の相変態および損傷・破壊挙動へ及ぼす変態の影響を理解するために、超高分解能X線顕微鏡法によるその場引張試験と1μmまで絞ったビームを用いたXRD実験を組み合わせる研究を深化させる。具体的には、非常に計測時間のかかる前者の実験に関し、撮像シーケンスの改良や高速ステージの導入による高速化を図る。また、Al-Zn-Mg-Cu系アルミニウム合金の変形時の各種トラップサイト間の水素の再分配挙動についても、その防止法や延性破壊への影響にまで踏み込んだ解析を行い、手法のメリットデメリットを明らかにする。
本年度は、中国人ポスドク1名を雇用して応用研究を推進する計画であった、しかしながら、新型コロナウィルスの流行で渡日が大幅に遅れる見通しとなっている。また、この様式の記入日現在、主力の実験装置であるSPring-8が閉鎖されており、2020年度の大型放射光実験をいつ行えるのか目処が立たない状況にある。しかしながら、ポスドク来日の遅れは周囲の学生、職員の協力でカバーすることで対応する。また、2019年度の最後には、2019年度の研究成果を反映し、実験セットアップを可能な限り改善した実験データを取得済みである。これは、2019年度にも研究したTRIP鋼の変形・変態挙動に関するデータである。このデータの解析を進めることで、今年度前半に万一、大型放射光実験ができなかったと仮定しても、研究計画に対して遅れることがないように対応できる見込みである。
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[Presentation] 4D characterization of the stress corrosion cracking behavior in Al-10Mg aluminium alloy via synchrotron X-ray tomography2019
Author(s)
Fu, D., Toda, H., Su, H., Hirayama, K., Uesugi, K., Takeuchi, A.
Organizer
The International Offshore and Polar Engineering Conference
Int'l Joint Research
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