2020 Fiscal Year Research-status Report
二元共晶合金でのスフェルライト構造の探索と力学特性発現のメカニズムの解明
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19K04987
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
松下 正史 愛媛大学, 理工学研究科(工学系), 教授 (90432799)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
飯久保 智 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (40414594)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | マグネシウム合金 / アルミニウム合金 / 高温高圧 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1) Mg-Zn-Y系への圧力印加によるfcc/hcp二相組織の形成：Mg85Zn6Y9は常圧下では LPSO構造を取るが、3GPa以上の高圧高温下ではfcc/hcp二相構造をとることを事前の研究で明らかにしている。凝固組織は、圧力の増加に伴いラメラ組織から、コア部にMg richの相をもち、放射状に約100×100nmの断面をもつコラム状結晶が発達するスフェルライト型組織へと変化する。実験的研究では、圧力の増加に伴いfccに含まれるZnとYの組成が増加した。構造、組織の変化を明らかにすべくMg-Zn-Y三元合金について、ATATとVASPを用いた第一原理計算を実施し、hcpとfccの安定性を評価した。計算結果から、高圧下ではLPSOはhcpとfccへ高温で二相分離する傾向が示唆された。さらに、圧力の増加に伴い、fccへのZnとYの固溶度が増大し、fcc構造が安定化する傾向がみられた。この結果よりスフェルライト型組織で見られる放射状の組織の連続的な組成変化は、圧力の増加に伴うfcc組成領域の増大に伴うものと解釈される。
(2) Mg-M-Yb系の析出相中の共晶組織と結晶構造：Mg97Zn1Yb2合金を600℃から水中に急冷することで、析出物中にhcpと新奇な長周期超格子を二種類を新たに発見した。1種類は、HAADEF-STEM観察の結果から、α-Mgの基本格子に対し、a軸は7倍、c軸は2倍の長周期超格子である。二つ目は、a軸はα-Mgの7倍であるが、c軸についてはα-Mgのｎ倍をとらない。超構造ともc軸をhcpの共軸とする。
(3) Al88Si12共晶合金への圧力効果：圧力にの増加に伴い共晶点はSi-rich側にずれる。共晶組織は100nm厚のラメラ組織となり、Al中のSiの固溶度は増加する。硬さ、曲げ強さ共に著しく増大し、双方とも、常圧鋳造材の約3倍に達する。
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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
「スフェルライト型の二相組織がなぜMg-Zn-Y系で形成されるのか？」という問いに対する解に、実験と計算のcombination studyで着実に迫りつつある。代表研究者（愛媛大 松下）と分担研究者（九工大 飯久保）が直接会う機会がコロナ禍によって大きく制限されてしまっているが、Zoomなどで頻繁に議論しながら研究を進めることで、進捗を遅らせることなく進めることができている。
また、マグネシウム合金中に共晶とともに発生し、整合関係をとる相を本研究課題実施中に3種発見してきていることは評価できる。1種類についてはJALCOMに2020年に発表しているが、残り二種についてはまだである。速やかに成果公表を行いたい。
Al系合金でも共晶系への圧力効果として、きわめて微細な組織が形成され、強度が著しく上昇することを明らかにしており、計画通りの実験が進められ、成果も伴ったものとなってきている。高圧で形成された組織形態が、Mg-Zn-Y系でみられるスフェルライト型との違いは、共晶する相の組成上の連続性に関わると考察を進めており、残り一年でまとまった論文としての発表が可能な段階に差し掛かっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) Mg-Zn-Y系への圧力印加によるfcc/hcp二相組織の形成：本課題については、順調に進んでおり、今年度は第一原理計算結果と実験結果を合わせた論文発表を行う予定である。
(2) Mg-M-Yb系の析出相中の共晶組織と結晶構造：Mg97Zn1Yb2で新たに発見した二つの長周期相について論文発表を行う。本合金では、高圧場、常圧急冷場を通して、当グループにて、α-Mg構造を基本構造とする4種の構造を発見している。これら4種の構造間の関連性についての研究を進める。
(3)Al-Si共晶系への圧力効果：昨年度の研究において、強度が約３倍に上昇することが明らかになった。このような上昇がなぜ生まれるのか？という問いに答えるべく、実験的研究を進めて、年度内に論文を作成する予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍に伴う一部出張の中止に伴いわずかながら、残額が生じた。
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[Presentation] LPSO からの圧力相転移で発生する fcc/hcp 二相組織の強度特性と第一原理計算による相安定性の研究2020
Author(s)
田中 伸治, 川端 勇輝, 國光 弘平, 中田 雄大, 村上 湧斗, 河野 翔也, 飯久保 智, 新名 亨, 山崎 倫昭, 河村 能人, 肥後 裕司, 松下 正史
Organizer
第61回 高圧討論会
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