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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Research and creation of reduced activation high concentrated solute alloys

Publicly Offered Research

Project AreaHigh Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity
Project/Area Number 19H05161
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

橋本 直幸  北海道大学, 工学研究院, 教授 (50443974)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Keywords積層欠陥エネルギー / Ni濃度 / Mn濃度 / 照射損傷 / フランク型転位ループ
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、現在も開発が進められている高エネルギー炉用構造材料のうち、316ステンレス鋼をはじめとするFCC構造材料の照射損傷、特に積層欠陥型損傷組織に着目した。FCC構造材料において主要な損傷組織である積層欠陥四面体(SFT)およびフランクループ(FL)の形成・成長挙動は、材料の積層欠陥エネルギー(SFE)に強く依存すると考えられており、このことは逆に言えば、構成元素を適切に選択することにより材料のSFEを変化させ、照射損傷挙動を制御できる可能性があることを示唆している。本研究では、316ステンレス鋼に近い機械的特性を有するCoフリーのFeCrNiMn系ハイエントロピー合金を軸に、Mn, Niの組成を変えたハイエントロピー合金を作製し、電子及びイオン照射実験を行うことで、SFTおよびFLの形成・成長挙動から低放射化FCC型ハイエントロピー合金の耐照射性について検討した。
CoCrFeNiMnx (x=0.7.1,1.3)合金及びFeCr0.8NixMny 合金((x,y)=(1,1), (1,1.3), (1.3,1.3), (1.5,1.5))を高周波溶解炉、アーク溶解炉によってそれぞれ作製し、SEMとXRDで結晶組織観察および相同定を行ったのち、機械特性調査のために引張試験を行った。さらに耐照射性を評価するために、電子照射実験およびイオン照射実験を行い、500℃における照射損傷挙動を調査した。
作製した各種合金についてTEMを用いて各合金のSFEを調査した結果、SFEとNi,Mn濃度との間に正の相関が観られた。さらに、照射実験の結果、高SFEハイエントロピー合金では照射誘起2次欠陥の形成・成長が抑制されることが分かり、Ni,Mn濃度の調整により、ハイエントロピー合金の耐照射特性を向上させられる可能性を示した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (9 results)

All 2020

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Cu-containing High Entropy Alloys for Nuclear Fusion Application2020

    • Author(s)
      Y. Lei, N. Hashimoto, S. isobe
    • Journal Title

      Materials Transactions

      Volume: 617 Pages: 1247-1251

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2020049

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ehavior of hydrogen at Fe/W interface: a first-principle calculation study2020

    • Author(s)
      J. Shi, N. Hashimoto, S. Isobe
    • Journal Title

      J. Nucl. Sci. and Tech.

      Volume: 57 Pages: 1223-1230

    • DOI

      10.1080/00223131.2020.1779143

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Doping of Interstitials (H, He, C, N) in CrCoFeNi High Entropy Alloy: A DFT Study2020

    • Author(s)
      J. Shi, Y. Lei, N. Hashimoto, S. Isobe
    • Journal Title

      Materials Transactions

      Volume: 61 4 Pages: 616-621

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MK2019009

  • [Journal Article] Irradiation Effects on Al0.3CoCrFeNi and CoCrMnFeNi High-Entropy Alloys, and 316H Stainless Steel at 500°C2020

    • Author(s)
      W-Y Chen, M.A. Kirk, N. Hashimoto, J-W Yeh, X. Liu, Y Chen
    • Journal Title

      J. Nucl. Mater.

      Volume: 529 Pages: 152324

    • DOI

      10.1016/j.jnucmat.2020.152324

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] FCC型ハイエントロピー合金の高温水蒸気腐食特性2020

    • Author(s)
      長友真裕子, 橋本直幸, 林重成, 礒部繁人, 岡弘
    • Organizer
      日本金属学会2020年秋期大会(第167回)講演大会
  • [Presentation] エネルギー炉用BCC型ハイエントロピー合金の試作2020

    • Author(s)
      井窪亮太, 橋本直幸, 礒部繁人, 岡弘
    • Organizer
      日本金属学会2020年秋期大会(第167回)講演大会
  • [Presentation] Oxidation behaviors of Cu-containing high entropy alloys under steam conditions2020

    • Author(s)
      Peng Bi, N. Hashimoto, H. Oka, S. Isobe, S, Hayashi,
    • Organizer
      日本金属学会2020年秋期大会(第167回)講演大会
  • [Presentation] Research on bcc high entropy alloy for fusion reactor application2020

    • Author(s)
      Y. Zong, H. Oka, N. Hashimoto
    • Organizer
      NuMat2020 (The Nuclear Materials Conference)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Steam oxidation behaviors and irradiation effects of Cu-containing FCC high entropy alloys or nuclear application2020

    • Author(s)
      P. Bi, Y. Lei, N. Hashimoto, H. Oka, S. Hayashi
    • Organizer
      NuMat2020 (The Nuclear Materials Conference)

URL: 

Published: 2021-12-27  

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