2014 Fiscal Year Research-status Report
透過型電子顕微鏡その場ピコインデンター観察による変形双晶発生機構の解明
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25420765
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
染川 英俊 独立行政法人物質・材料研究機構, 元素戦略材料センター, 主任研究員 (50391222)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 材料工学 / マグネシウム / 双晶 / 粒界 / ナノインデンテーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・結晶配向および圧子形状の影響
前年度の研究成果にもとづき、単結晶および粗大粒材を用い、インデンテーション変形応答に及ぼす結晶配向と圧子形状の影響について調査した。Cube圧子のような押込み圧子先端角が鋭角な場合、主変形メカニズムや特性は、結晶方位に影響を受けにくいことを明らかにした。有限要素解析と変形組織観察から、主要因を検討した。結晶方位に関係なく、インデント初期から圧子近傍に複雑で大きな応力場が発生し、{10-12}変形双晶の形成に起因することが分かった。一方で、コニカル圧子など圧子先端形状の鈍角・球状化にともない、変形双晶の形成が遅延（抑制）し、主変形メカニズムに対する結晶配向依存性が確認できた。
・粒界構造の影響
前年度作製した純マグネシウムおよび二元系合金の多結晶バルク材を用い、変形双晶形成に及ぼす材料組織学的影響因子について調査した。単軸圧縮試験後のいずれの変形試料でも、マグネシウムでよく報告される｛10-12｝変形双晶の形成が観察でき、粒界構造（結晶方位差）に影響を受けることを明確にした。一方で、変形双晶の発生頻度は、添加元素の種類にあまり影響を受けないことが分かった。分子動力学を用いた解析より、変形双晶は、粒界エネルギーの大きな結晶粒界で形成しやすいことを確認した。
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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
本年度は、①その場観察マイクロピラーのデータ取得と、②ピコ・ナノインデンテーションの変形応答の理解を計画していた。前者では、その場観察用試料サイズや試験条件などのデータベース化が着実に進んだ。後者では、単結晶や多結晶バルク材を用いた検討から、特に、変形双晶形成に及ぼす影響因子の理解に注力し、内的因子（粒界エネルギーや結晶配向）・外的因子（圧子形状）を明確化した。両検討項目とも、当初予定どおりの進捗であるため、「おおむね順調」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題の最終目標は、変形双晶の発生素過程と形成影響因子を理解し、マグネシウム合金の靭性改善につながる組織設計を提示することである。前年度から蓄積してきた、その場観察インデンテーション試験を数多くのマグネシウム合金に対して観察し、変形双晶が「いつ」形成するのかを明確にする。また、分子動力学計算を二元系合金にも展開し、溶質元素添加にともなう内部エネルギー変化を検証するとともに、変形双晶の形成影響因子を普遍化させることに努める。
なお、次年度は当該研究課題の最終年度であるため、研究総括および学会発表などの成果発信に注力するように心掛ける。
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| Causes of Carryover |
計上費用との差額発生の最大の要因は、インデント圧子費用による。今年度は、様々な押込み圧子形状を有する圧子を用い、ピコ・ナノインデンテーションの変形応答の理解を計画していた。しかし、機構現有の圧子を工夫活用するとともに、有限要素解析を併用することで、予定どおりの研究が実施でき、十分な結果と知見を取得することができたため、当初計上額より大きな残高となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
SEM/FIB装置使用費や関連消耗品費など、マイクロピラー作成に必要な費用に充当するとともに、次年度は当該研究課題の最終年度であるため、研究成果発信に生じる費用にも充当する予定である。
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