ODSフェライト鋼におけるナノ酸化物粒子の照射下オストワルド成長促進機構の解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K14828
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 大野 直子 北海道大学, 工学研究院, 助教 (40512489)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 酸化物粒子 / 分散強化 / 複合酸化物

Outline of Annual Research Achievements

本研究はODS鋼中の酸化物粒子照射下安定性を「1. 酸化物固有の照射下安定性」「2. ODS鋼中酸化物粒子の耐オストワルド成長特性」に分けて評価をするものであり、H29年度はそれぞれの項目について以下の通り遂行した。
1.酸化物固有の照射下安定性評価
酸化物が照射されると、元々の格子位置から原子が弾き出されることでアンチサイト欠陥を形成する確率が高まる。このことを踏まえ、Y2Ti2O7を対象としてYとTiの位置を交換させた場合の交換エネルギーを第一原理計算によって求めた。格子定数固定・格子定数緩和のそれぞれの条件において計算をを行った。計算手法の違いによって1%程度の誤差が生じることを考えると、格子定数固定・緩和の両条件において交換エネルギーはほぼ同程度であった。
2.ODS鋼中酸化物粒子の耐オストワルド成長特性評価
フルフェライト系のFe-12Cr-0.5Y2O3(単位はwt.%)を基本組成とし、マトリクス中にY-Ti, Y-Al, Y-Zr複合酸化物をそれぞれ意図的に析出させるため、0.21Ti, 0.5Al, 0.3Zr(単位はwt.%)をそれぞれ添加した合金を作製した。Ti, Zr添加材についてはそれぞれY2Ti2O7およびY4Zr3O12がそれぞれ析出するように、Fe2O3を用いて酸素濃度を調整した。Al添加材は単一の複合酸化物を形成させることが難しかったため、YAlO3とAl2O3の2種類のみが形成するAl, O濃度を選択した。基本組成の材料に対してTi添加材の酸化物粒子サイズが大きくなった。焼結温度が高かったため、Y2Ti2O7ではなくY2TiO5が形成した可能性が考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

項目1については概ね予定通りの進捗をしているが、H30年度以降の照射に用いるための試料作製が予定通りに進まなかった理由は、単一の酸化物を析出させたモデル合金の作製は今回が初めてであること、そのため適切な金属添加量・過剰酸素量の制御を試行錯誤したことである。また、ポア低減の観点から焼結をホットプレスに変更したため、焼結温度が従来のものよりも高くなったこと、それによって当初予定していた複合酸化物以外の酸化物を析出させた可能性があることが考えられる。

Strategy for Future Research Activity

項目1については当初の予定通り、このまま第一原理計算を続けて行く。項目2については、作製した試料に形成された酸化物粒子の同定を急ぎ、これを明らかにした上で焼結温度の見直し等の対策をとっていく。
H30年度は京大DuETにおける1回のイオン照射を上半期に予定しており、温度は500℃, 3×10^-4程度の損傷速度, 最大50dpaまでの照射を行う。照射前後の酸化物粒子結晶構造・サイズ・数密度を比較することで、酸化物粒子自身の照射下安定性を考察し、照射による点欠陥シンク濃度変化を定量する。