| 研究課題/領域番号 |
21H01676
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
大沼 郁雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究センター, 主席研究員 (20250714)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
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| キーワード | 結晶粒界偏析 / CALPHAD法 / 熱力学・拡散データベース / 鉄鋼材料 / 銅合金 / アルミニウム合金 / 格子欠陥 / 核生成 / CALPHAD / 組織制御 / 核生成・析出 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
鉄鋼材料をはじめ各種構造材料において，溶質元素の粒界偏析が材料の組織と特性に多大な影響を及ぼすことが知られている．粒界偏析に起因する構造材料の組織と特性を制御するためには，ランダム粒界に加え小角粒界や対応粒界等の低エネルギー粒界における多種元素の偏析挙動を定量的に予測する必要があるが，現時点で実現していない．本研究では鉄鋼，Al基およびCu基各合金の多種類の偏析元素を対象に，(1)複合偏析の相互作用効果，(2)結晶粒径，(3)粒界エネルギー，(4)転位密度および，(5)粒界・転位偏析の温度依存性を考慮して，CALPHAD法を援用した偏析濃度計算システムを構築し，実験によりその精度を検証する．
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| 研究成果の概要 |
鉄鋼材料をはじめ各種構造材料において，溶質元素や不純物元素の粒界偏析が材料の組織と特性に多大な影響を及ぼすことが知られている．本研究では鉄鋼材料，Cu合金，Al合金の各種構造材料における多種類の偏析元素を対象に，Hillertが提唱した平行接線則に基づく粒界相モデルを拡張し，(1)複合偏析の相互作用効果，(2)結晶粒径，(3)粒界エネルギー，および，(4)粒界偏析の温度依存性を考慮して，CALPHAD法を援用した偏析濃度計算システムを構築し，実験結果と比較してその精度を検証した．また，計算対象とする合金の熱力学データベースの高精度化を目的に，実験による状態図の決定と熱力学解析を併せて実施した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
粒界偏析が材料の諸特性に及ぼす影響が広く知られているが，複数元素を溶質とする多元系多結晶合金における粒界偏析を定量的に予測する手法の確立には至っていなかった．本研究により構築された『結晶粒界偏析計算システム』により，多元系合金における粒界偏析濃度を定量的に予測することが可能となり，粒界偏析効果を制御する手法が確立された社会的意義は非常に大きい．さらに，結晶粒界への偏析，さらには転位や積層欠陥など他の格子欠陥への溶質元素の偏析計算に展開できれば，析出物の核生成の前駆段階となるクラスター形成の予測と制御にも計算システムが拡張できると考えられ，学術的な展開が期待できる．
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