2019 Fiscal Year Annual Research Report
Control of relaxation state and improvement of ductility in metallic glasses induced by inhomogeneous local non-affine strain
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18H03829
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
才田 淳治 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 教授 (20359540)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
譯田 真人 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 主任研究員 (00550203)
佐藤 成男 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40509056)
山田 類 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (40706892)
加藤 秀実 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80323096)
新山 友暁 金沢大学, 機械工学系, 助教 (00583858)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 金属ガラス / 緩和状態制御 / 非アフィン歪み / 構造若返り / 機械的特性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の課題は大きく３つに集約される。すなわち、課題Ａ：非アフィン歪みの導入による緩和状態制御と靱性改善、課題Ｂ：非アフィン歪みの導入過程および状態の階層的解析と理論構築、課題Ｃ：実用品形状での緩和状態制御技術の確立と機能改善である。
課題Ａでは、２０１８年度に導入した繰り返し急速低温冷却装置を最大限活用し、非アフィン歪みの導入条件の確立を行った。さらに、既設されている雰囲気制御急速加熱冷却装置による室温－ガラス遷移温度直上加熱－急冷プロセスにおいても、条件確立を行なった。同時に、高圧プレス機を用いた高圧加熱急冷処理による構造変化（若返り）も試料の作製と評価を実施した。また、２０１９年度に入力補償型示差走査熱量測定装置を導入し、比熱測定と緩和量測定の精密化を図った。その他、マクロ構造解析、組織観察、粘弾性挙動等の基礎物性調査も行なった。「構造若返りによる機能改善」として、未緩和状態への回復が起こった試料に対してマクロおよびミクロの機械的特性を評価し、特性変化（改善）を確認した。
課題Ｂについては、中性子回折による緩和状態評価について最初の検討を終えたが、金属ガラス試料における緩和によるハローピ－クの強度変化、中距離範囲での平均距離変化から局所構造に違いが見られるとの推測は得られたものの、その詳細についてまだ明らかにできていない。引き続き検討を加える予定である。「非アフィン歪みの導入がもたらす構造変化」では分子動力学シミュレーションによる解析を行い、不均一局所構造に対応した若返りプロセスの不均質化および局所構造遷移のダイナミクスを明らかにし、論文として発表した。課題Ｂ-３「非アフィン歪みの導入による緩和状態制御の理論構築」および課題Ｃ：実用品形状での緩和状態制御技術の確立と機能改善は、２０２０年度以降に行う予定である。
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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
繰り返し急速低温冷却装置（課題Ａ-１「非アフィン歪み導入法の開発」）、示差入力補償型示差走査熱量測定装置（課題Ａ-２「非アフィン歪みと緩和状態の相関」）を導入し、順調に稼働している。既設の雰囲気制御急速加熱冷却装置と合わせ、室温－ガラス遷移温度直上加熱－急冷および室温－液体窒素温度冷却の２つの手法による非アフィン歪みの導入と特性評価を行うことができた。現在得られた結果を論文化している。一方、試料中に２次元的な緩和状態分布を傾斜的に導入する新たな手法を開発し、現在論文として投稿している。また、高圧加熱急冷処理の前倒し検討では、第１報の論文を発表した。第２報については、査読結果待ちである。これらの論文発表では、課題Ａ-３「構造若返りによる機能改善」でのインストロン型機械試験機およびナノインデンテーション等を用いた機械的特性評価を反映させている。なお、２０１９年度より非アフィン歪み導入による変形挙動変化について分子動力学シミュレーション解析を開始し、構造モデルを構築した。
課題Ｂ-１「外的要因による内部歪み状態の変化」として、中性子回折による構造解析を実施した。局所構造解析ではまだ確固たる変化を追跡する結果は得られていないが、引き続き解析を継続する。課題Ｂ-２「非アフィン歪みの導入がもたらす構造変化」は、分子動力学シミュレーションを用いた構造若返りによる局所環境変化のダイナミクスを明らかにし、論文として発表した。課題Ｂ-３「非アフィン歪みの導入による緩和状態制御の理論構築」は、２０２０年度以降に検討する予定で、このためにメンバー間のディスカッションも進める。
以上のことを総合的に勘案すると、当初予定していた論文発表に加えて、新たな注目される構造制御手法も見いだしていることから、本課題は当初の計画以上に進捗していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題Ａ群では、２０２０年度以降、導入した装置群を活用し、熱的過程による非アフィン歪み導入法の開発と評価を計画通りに進める。また、高圧プレス機を用いた高圧加熱急冷処理による動的な若返り構造変化については結果のまとめと発表を進める。非アフィン歪み導入による構造若返りがもたらす変形挙動変化の分子動力学シミュレーション解析をさらに進め、理論構築へと進展させる。
課題Ｂ群では、各種特性評価の継続とともに、引き続き中性子回折による精密構造解析を実施し、局所構造の変化を調査していく。分子動力学シミュレーションによる局所構造解析では、成果をまとめ論文化した。今後、非アフィン歪み導入と構造若返りとの相関、さらには特性評価結果のさらなる解析、考察を実施していく予定である。今年度以降、それぞれの課題の結果を慎重に検討し、学会や論文としての発表を行っていくとともに、メンバー間のディスカッションも積極的に進める。
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