| 研究課題/領域番号 |
19K04989
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26010:金属材料物性関連
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| 研究機関 | 大阪府立大学 |
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研究代表者 |
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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| 研究分担者 |
石丸 学 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (00264086)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | 鉄 / ボロン / 拡散 / 二次イオン質量分析法 / 鉄中の拡散 / ホウ素 / 鉄鋼 / ミクロ組織 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ボロンは鉄鋼の組織形成および材料強化の点で魅力的な添加元素と認識されているが，その素姓には不明な点が多く残されている．組織形成において重要な「拡散係数」の信頼できる実験値が得られておらず，格子間型および置換型のどちらが有力な機構か未だ決着がついていない．本研究ではα鉄からγ鉄まで広範な範囲における「ボロンの正規の拡散性」を解明する研究を実施する．また，スパッタリング法でFe-B合金薄膜を純鉄基板に堆積させると，室温で固溶限を大幅に超えるボロンが鉄の内部に侵入することを代表者は発見した．この熱力学的にも速度論的にも奇異な，鉄中の「ボロンの異常拡散」の機構を解明する研究を並行して行う．
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| 研究成果の概要 |
二次イオン質量分析法（SIMS）により，α鉄およびγ鉄中のボロン（B）の拡散浸透プロファイルを測定し，拡散係数を評価した．1073K以上では，Bの鉄内部への拡散よりも外界への揮発が優先することが明確になった．揮発の寄与を避けるため873Kから973Kの低温に限定して純鉄での測定を行った．複数の個体から得た濃度プロファイルは概ね一致し，拡散係数は10－20から10－18m2 s－1と得られた．これらはα鉄の自己拡散係数の1/5程度であった．γFeNi（濃度50 at. %）合金を作製し同様の実験を行った．873Kから973Kの拡散係数は10－20から10－19 m2 s－1となった．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，鉄中の固溶度が著しく低いボロン（B）の拡散濃度プロファイルを再現性よく測定することができた．それによって，Bの拡散係数は従来の報告値よりも7-8桁低いことが明確になった．鉄中のBは，軽元素の炭素や窒素と同様に格子間型の速い拡散をすると考えられていたが，母相の鉄と同様に置換型の拡散をすることが示唆される．鉄中のBの新たな性質を示す学術的成果が得られた．Bは微量の添加により鉄鋼の焼入れ性，すなわち，強度を担うマルテンサイト相の形成を容易にする元素として注目される．本研究の成果は鉄鋼の熱処理の設計に活用されることが期待される．
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