| 研究課題/領域番号 |
21K14433
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 東北大学 |
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研究代表者 |
張 咏ジエ 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40793740)
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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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 粒界偏析 / 鉄鋼材料 / 合金元素 / 溶質元素間相互作用 / アトムプローブ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
多結晶金属材料における溶質の粒界偏析量は他の元素に影響されることが広く知られている。本研究では、最も重要な構造材料である鉄合金における異種元素の共偏析挙動に着目し、粒界性格の影響を考慮した上で溶質元素の粒界偏析量を系統的に調査する。得られた結果を元素間の熱力学的な相互作用の観点で検討を行うことで、金属材料の特性改善を目指した粒界偏析の制御技術を確立する。
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| 研究実績の概要 |
多結晶金属材料の粒界に溶質元素が偏析すると、粒界強度や腐食挙動など材料の諸性質が大きく変化するため、粒界偏析の制御は材質の向上に極めて重要である。本研究では、最も重要な構造材料である鉄合金におけるCの粒界偏析に着目し、粒界性格の影響を考慮した上でＣの偏析挙動を系統的に調査する。本年度には、昨年度に作製したFe-40massppmC二元合金を600℃, 24h長時間焼鈍して、Cを粒界に平衡偏析させた後、EBSDとFIBを用いて粒界方位差と面測定に基づき粒界性格を評価したうえ、異なる粒界におけるC偏析量を三次元アトムプローブにより測定した。Σ3(111)などの対応粒界よりも、ランダム粒界におけるC偏析量が高いことを確認した。また、分子静力学法によりΣ3(111)などの対応粒界モデルを作製し、パーシステントホモロジー法を用いて粒界における空隙多面体ユニットを抽出し、第一原理計算により各種多面体におけるCの偏析エネルギーを評価した。粒界空隙ユニットのトポロジー情報は、そのサイトにおけるCの粒界偏析エネルギーと良い相関があることが明らかとなった。さらに、隣接した粒界空隙ユニットに複数のC原子を入れて第一原理計算を行うことにより、C-C間にある反発的相互作用が働くことによりCの偏析エネルギーが低下することが見られた。昨年度までの実験調査で得られたC-Cの反発的相互作用の結果とよく一致する結果であった。
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