2016 Fiscal Year Annual Research Report
Structure and diffusion of boron dissolved in alpha iron: an integrated approach of first-principle calculation and experiment
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26289231
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
沼倉 宏 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40189353)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仲村 龍介 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70396513)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 金属物性 / 格子欠陥 / 拡散 / 鉄鋼材料 / 計算材料科学 / 状態図 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(a) Bの固溶形態の解明： 第2年度に東北大学の設備を用いておこなったイオンチャネリングの予備実験では，Fe-B希薄合金の粗大結晶粒試料で核反応 11B (p, α)8Be によってppmオーダーの低濃度のBが検出でき，Feのラザフォード後方散乱でいくつかの結晶軸方向でチャネリングによって収量のディップ曲線が得られた．これらをふまえて第3年度はFe-B合金を過飽和固溶体としてBの存在サイトを決定することを目指した．この実験にはまずBを固溶状態にして，さらにチャネリング実験中にその状態に保たなければならない．過飽和固溶状態は既存設備の縦型炉を用いて溶体化して急冷すれば実現できるはずだが，試料に不純物としてNが含まれているとBと化合物BNが形成されてしまうため，Bを固溶状態にするにはNの濃度を低減しなければならない．湿水素焼鈍によってN濃度を十分に低減できるか試してているが，処方は確立できていない．理論研究は第2年度までにほぼ終えており，置換型固溶が八面体位置への侵入型固溶よりもわずかに安定であることを論文発表した．
(b) Bの固溶限の決定： 上と同じくBN形成の問題を解決しなければならず，進展していない．
(c-1) 長距離拡散の測定： ひずみ時効法によって粗大粒とした純鉄多結晶を用い，拡散源として純ボロンあるいはFe-B合金を高周波スパッタ法または真空蒸着法によって表面に堆積させて，適当な温度・時間熱処理してBを鉄基板中へ拡散侵入させた．大阪大学に設置されている二次イオン質量分析装置（SIMS）を用いて拡散プロファイルを得ることができた．今後，データの精度と再現性を確かめ，解析方法を確立する．
(c-2) 短距離拡散の測定： Bを過飽和固溶状態にしてスヌーク緩和の有無を調べる実験を計画しているが，ここでも不純物として含まれるN濃度を低減することが必要で，進んでいない．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
試料には不純物としてCやNが数十ppm（Bと同程度の濃度）含まれているが，Nの濃度とBの濃度の積がα鉄中の溶解度積を超えるとBNが存在する．Nの定量と低減が必要だが，そのどちらも試行錯誤中で，計画した実験に適した試料を作製するための処方が確立できていない．
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| Strategy for Future Research Activity |
作製したFe-B希薄合金中に不純物として含まれるNの濃度とBNの濃度を分析し，湿水素焼鈍によってN濃度を低減することができるかどうかを実験によって調べる．それが難しければ，Tiを微量添加した資料を作製し，CとNはTiCまたはTiNとして析出させて，Bを固溶状態とすることを試みる．
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| Causes of Carryover |
化合物BNの析出がない試料を作ることができていないため，計画していた実験の一部が実施に至らなかった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
不純物C, Nの分析，BNの同定と分析（いずれも外注）をおこなってN濃度を把握し，水素焼鈍によってN濃度を低減する，あるいはTi添加によってTiNとして固定化する．以上の分析と実験に使用する．
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