| 研究領域 | 超温度場材料創成学：巨大ポテンシャル勾配による原子配列制御が拓くネオ３Ｄプリント |
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| 研究課題/領域番号 |
21H05196
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
佐藤 和久 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 准教授 (70314424)
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| 研究分担者 |
趙 研 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (00633661)
水野 正隆 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50324801)
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| 研究期間 (年度) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| キーワード | 巨大温度勾配 / 3Dプリント / 電子顕微鏡 / 中性子回折 / 陽電子消滅 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、先端分析手法を駆使した「形態、歪、空孔」の複合的・統一的解析を行うことにより、3DPプロセスの体系化に資する材料組織学を構築する。2021年度は、レーザ粉末床溶融結合(L-PBF)により作製されたSUS316L鋼およびβ型チタン合金を対象として、(1)透過電子顕微鏡による溶融池形状を反映した微細組織と溶質濃度分布の解析、(2)プロセス条件・スキャンストラテジーと内部残留応力分布との関係に着目したEBSD法による造形体の塑性ひずみ解析、(3)格子欠陥の種類や濃度、プロセス条件や試料形状・サイズとの関係に着目した陽電子寿命測定による格子欠陥の検出を行った。
SUS316L鋼について、集束イオンビーム加工装置(FIB)による電顕試料作製条件を確立した。溶融池境界近傍でのHAADF-STEM観察の結果、粒径約30-100 nmサイズの球状の析出物が分布していることが判明した。これら析出物はマトリックスに対して暗いコントラストで観察された。STEM-EDS元素マッピングの結果、HAADF-STEM像で観察された析出物はMnとSiに富むことが判明した。
EBSD解析によって、各種条件で造形したSUS316L鋼の塑性ひずみ分布を調査した結果、導入される塑性ひずみは、レーザの出力や走査速度だけではなく、走査方向にも強く依存することが明らかとなった。これは、溶融池の冷却速度や温度勾配が内部残留応力と塑性ひずみの形成に大きな影響を及ぼしているためだと考えられる。
陽電子寿命測定の結果、SUS316L鋼では空孔クラスターの成分が検出されたが、β型チタン合金では格子欠陥の成分は検出されなかった。第一原理計算により空孔の形成および移動エネルギーを評価した結果、β型チタン合金では空孔の移動エネルギーが約0.3 eVと低いため、L-PBFで導入された空孔が凍結されなかったと考えられる。
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| 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
共通試料であるSUS316L鋼およびβ型チタン合金L-PBF材を対象として、(1)透過電子顕微鏡による溶融池形状を反映した微細組織と溶質濃度分布の解析、(2)プロセス条件・スキャンストラテジーと内部残留応力分布との関係に着目したEBSD法による造形体の塑性ひずみ解析、(3)格子欠陥の種類や濃度、プロセス条件や試料形状・サイズとの関係に着目した陽電子寿命測定による格子欠陥の検出、の3点について研究を行い、おおむね計画通りの成果を得たため。
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| 今後の研究の推進方策 |
研究代表者と研究分担者の緊密な連携のもと、超高圧電子顕微鏡による組織解析、中性子回折による応力場・歪場の定量評価、陽電子消滅法による原子空孔濃度定量化を行い、「形態・歪、空孔」の複合的・統一的解析により、PBF-3DPの材料組織学新領域を開拓し、基礎学理の構築を図る。さらに、領域代表者や他の計画班とも積極的に情報共有や共同研究を行い、連携を深めていく。
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