2022 Fiscal Year Research-status Report
Trans-scale structural control and strengthening of L12-type (Al, Fe)3Ti-based cellular structure
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21K14424
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
鈴木 飛鳥 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (90802603)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | セル構造体 / 金属間化合物 / 微視組織 / 規則度 / 熱処理 / 結晶構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，反応合成によって作製できる(Al, Fe)3Tiセル構造体のトランススケールにわたる構造制御を通して，軽量，高剛性，高強度な材料を作製することを目指している．
当該年度は，(Al, Fe)3Tiセル構造体のナノ・ミクロスケールでの構造制御を目的とした研究を実施した．対象とした構造は，ナノスケールにおける結晶構造規則度（原子配列の規則性）とミクロスケールにおける元素濃度の均一性である．反応合成で作製したままの(Al, Fe)3Tiセル構造体は，規則度が低く元素濃度も不均一であることが分かっていた．そこで，それらの構造を制御するために，高温でのポスト熱処理について検討した．元素濃度の均一化においては，1200℃の高温で熱処理することで達成できることを明らかにした．一方，規則度については熱処理を施しても顕著な変化が見られなかった．そこで，規則度を制御する因子として母材のFeやTi濃度に着目し，これらが異なる試料を作製した．その結果，規則度はこれらの元素濃度に依存して顕著に変化することが明らかとなった．特にAl+Fe：Tiの比が化学両論組成（3：1）に近いほど規則度が1に近くなり，化学両論組成から離れるほど規則度が低下する傾向が見られた．よって規則度を向上させるためには，化学両論組成に近い組成比の(Al, Fe)3Tiセル構造体を作製すればよいことが分かった．
以上のように，熱処理および母材の組成の観点から，ナノ・ミクロスケールでの構造制御を実現する指針を得た．
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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
当該年度時点で，ナノ・ミクロスケールでの構造制御指針を確立することを計画していた．結果として，熱処理によってミクロスケールの元素濃度の不均一性を均一化できることを明らかにした．一方，ナノスケールにおける結晶規則度に関しては，当初の予定では熱処理による制御が可能と考えていた．一方で，規則度は熱処理というよりはむしろ母材の組成に強く影響を受けることが分かった．この点については，異なる組成を有する試料を作製することで，規則度を0.7～1の間で制御できることを明らかにした．
以上のように，当初の予想していた結果とは異なる結果が得られたものの，その点については予定を修正し，追加実験を行った．結論として，当初予定していた，ナノ・ミクロスケールにおける構造制御の指針を獲得できたと言えるため，おおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で，(Al, Fe)3Tiセル構造体のトランススケールにわたるダイナミクスやナノ・ミクロスケールにおける構造制御を行う指針を得た．今後は，異なるセル構造やナノ・ミクロスケールの構造を有する試料を作製し，力学特性の評価を行う．
具体的には，発泡ままのセル構造体やそれに熱処理を施したセル構造体の圧縮試験を行い，強度や変形能を評価する．強度・変形能に変化が現れた場合は，その主要因をSEM，TEMによる組織解析によってナノ・ミクロスケールの視点から調べる．強度・変形能に変化が現れない場合（脆性的に破壊する場合）には，破壊過程に関する調査を行う．特に，試験前にX線CTによる撮像を行い，CT画像を用いたイメージベース有限要素解析を行う．応力集中部と圧縮試験時の優先変形・破断位置の関係を調査する．以上をもとに，(Al, Fe)3Tiセル構造体のトランススケールにわたる構造と力学特性の関係を解明する．
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