| 研究領域 | ハイエントロピー合金：元素の多様性と不均一性に基づく新しい材料の学理 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00136
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
橋本 直幸 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50443974)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
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| キーワード | 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 / 低放射化 / ハイエントロピ―合金 / 微細組織 / 機械的特性 / 不純物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本課題では、FeCrNixMnyAlz（x,y,z = 0.5~1.5）HEAをアーク溶解法により作製し、結晶構造、微細組織、局所濃度分布、化学状態、および電子状態を評価してFCC 単相HEAであることを確認した後、照射実験を行う。並行して、機械的特性試験として硬度試験および引張試験を行い、構造材料としての成立性を含めた基本的な強度を精査する。照射実験では、シミュレーション照射として電子線照射その場観察実験およびイオン照射実験を行い、欠陥クラスタの形成・成長挙動の継時変化、カスケード損傷導入による微細組織変化を観察し、機械的特性変化との整合性について検討する。
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| 研究実績の概要 |
既存軽水炉構造材料の開発研究は、高信頼性と高安全性を有するオーステナイトステンレス鋼や低合金鋼などの鉄鋼材料を中心に行われてきた[1]が、近年になって、特異な材料特性を有するハイエントロピー合金（HEA）を原子炉構造材料へ応用するための基礎研究が活発化してきた[2]。照射下におけるFCC型構造材料中には、フランク型転位ループや積層欠陥四面体（SFT）といった積層欠陥型の照射欠陥が形成することで、材料の照射硬化や照射脆化を引き起こす。これらの照射欠陥と積層欠陥エネルギー（SFE）には密接な関係性がある[3,4]。本研究では、MnおよびNiの濃度を変えたCrFeNiMn系FCC型HEAのSFEを実験的に算出した後、電子線照射実験によって耐照射性評価を試みた。
C及びN濃度の異なるCr0.8FeMnxNiy合金をアーク溶解により作製し、均質化熱処理（1160 ℃, 24 h）、冷間圧延・打ち抜き、再結晶熱処理（1160℃, 4 h）を施した。Table 1に各試料の化学組成を示す。続いて、超高圧電子顕微鏡(HVEM)を用いて電子線照射その場観察実験を行った。照射後、被照射領域におけるフランク型転位ループの数密度およびサイズ分布を調査し、C及びN濃度の関数として整理した。並行して、公称ひずみε=5%まで引張試験を行った試料に対し、透過型電子顕微鏡（TEM）を用いて<111>方向から拡張転位の幅を精確に測定し、SFEを算出した。
C及びN濃度の異なるCr0.8FeMnxNiy合金を作製し、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、SFEの高いハイエントロピー合金では、照射下における積層欠陥型転位ループ(フランクループ)の形成・成長がNi、Mn、C，N濃度に依存することが判明した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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