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2018 年度 実績報告書

ハイエントロピー合金に内在する元素間相互作用と相安定性原理の実験的解明

計画研究

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
研究課題/領域番号 18H05456
研究機関東北大学

研究代表者

古原 忠  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50221560)

研究分担者 荒木 秀樹  大阪大学, 工学研究科, 教授 (20202749)
杉山 和正  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (40196762)
井上 耕治  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (50344718)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワード時効析出 / 熱力学 / 組織解析
研究実績の概要

主要研究対象とするHEA合金などで以下の予備検討などを行い,次年度以降の研究推進を図った.
(1) Fe基多元系モデル合金の相安定性の検討: fccおよびbcc基の規則相を有するFe-Ni-AlおよびFe-Ni-Mn合金に注目して,自由エネルギー計算よりFe-Ni-Al系では規則化と相分離の同時発現する可能性を確認した.両3元系における種々の組成の合金を溶製した後,熱間塑性加工と均質化処理を組み合わせて来年度から行う溶体化時効の準備を整えた. (2) HEA合金溶体に内在する不均一性の定量的評価法の確立: HEA合金に内在する構成元素間のSRO・MRO構造の詳細を解明するため,高精度で散漫散乱測定と3次元強度マッピングが可能な新規X線回折システムを構築し,Zr基金属非晶質合金等での測定を実施するとともに,単結晶高合金の作製を行い,溶体中の組成・密度不均一領域の定量的評価の準備を整えた.(3) HEA合金溶体における規則化/クラスタリングの評価法確立: 大体積の原子マップ取得に適した3DAP針試料形状や試料加工方法の確立と積層欠陥への元素偏析の有無の検討などを行った.また,HEA合金中の拡散現象と点欠陥構造の関係の解明: 陽電子寿命測定によるHEA合金の空孔の移動エンタルピーの定量的評価により, 4元系や3元系の合金,純Niと比較して顕著な差はないこと,第一原理計算から空孔の移動を担う元素により移動エンタルピーが異なる可能性を見出した .

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

各担当項目におけるモデル合金のスクリーニング,と解析手法の検討,年度末における新規導入装置の立ち上げは完了しており,次年度以降の研究を問題なく推進できる状況は達成されており,一部の項目ではHEA合金におけるナノレベルの不均一性に関する初期の研究成果も得られている.

今後の研究の推進方策

次年度における以下の研究項目を効率良く推進するように班内会議を適宜実施する.
(1)fcc基Fe-Ni-Al,bcc基Fe-Ni-Mn合金での溶体化・時効に伴う規則化・二相分離挙動の解明,(2)HEA合金での散漫散乱強度分布と組成・時効処理との関連性解明,(3)CoCrFeMnNi HEA合金の変形後熱処理材での鈴木効果の検証および元素間の短距離相関の測定,(4)CoCrFeMnNi HEA合金等での原子空孔濃度測定と空孔形成エンタルピーの算出および第一原理計算の検証と元素空孔の構造等の解明
また,班間連携により計算科学からの予測と実験結果との比較を行う.さらにHEA合金の最新情報を国際会議等への参加などを積極的に行って収集し,今後の研究に生かす.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] City University of Hong Kong/North Western Polytechnical University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      City University of Hong Kong/North Western Polytechnical University
  • [雑誌論文] Atom Probe Compositional Analysis of Interphase Precipitated Nano-sized Alloy Carbide in Multiple Microalloyed Low-Carbon Steels2019

    • 著者名/発表者名
      Yongjie Zhang, Goro Miyamoto, Tadashi Furuhara
    • 雑誌名

      Microscopy and Microanalysis

      巻: 25 ページ: 447-453

    • DOI

      doi.org/10.1017/S1431927618015374

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Site occupancy of Fe2+, Fe3+ and Ti4+ in titanomagnetite determined by valence-difference contrast in synchrotron X-ray resonant scattering2018

    • 著者名/発表者名
      M. Okube, T. Oshiumi, T. Nagase, R. Miyawaki, A. Yoshiasa, S. Sasaki and K. Sugiyama
    • 雑誌名

      Journal of Synchrotron Radiation

      巻: 25 ページ: 1694-1702

    • DOI

      10.1107/S1600577518013954

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Composition evolution of gamma prime nanoparticles in the Ti-doped CoFeCrNi high entropy alloy2018

    • 著者名/発表者名
      B. Han, J. Wei, Y. Tong, D. Chen, Y. Zhao, J. Wang, F. He, T. Yang, C. Zhao, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai, A. Hu, C. T. Liu, J. J. Kai
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 148 ページ: 42-46

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2018.01.025

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] 陽電子寿命測定と第一原理計算から視えてきたハイエントロピー合金CoCrFeMnNi中の空孔形成と移動のエンタルピー2018

    • 著者名/発表者名
      杉田一樹, 水野正隆, 荒木秀樹, 白井泰治
    • 雑誌名

      まてりあ

      巻: 57 ページ: 323-327

    • DOI

      10.2320/materia.57.323

    • 査読あり
  • [学会発表] Light Element Strategy in Advanced High Strength Steels2019

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Furuhara
    • 学会等名
      The 3rd International Symposium on Hetero Structure and Advanced Materials
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多元鉄合金のクラスタリング・析出における元素間相互作用2018

    • 著者名/発表者名
      古原 忠, 宮本吾郎
    • 学会等名
      日本金属学会第163回講演大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 陽電子消滅法を用いたハイエントロピー合金CoCrFeMnNi中の空孔濃度評価2018

    • 著者名/発表者名
      松岡直希,山田豊,杉田一樹,水野正隆,荒木秀樹
    • 学会等名
      京都大学原子炉実験所専門研究会「陽電子科学とその理工学への応用」

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公開日: 2019-12-27  

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