接合界面組織発達過程における局所組織状態の役割

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13450295
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 柴柳 敏哉 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (10187411)
• 研究分担者: 前田 将克 大阪大学, 接合科学研究所, 助手 (00263327)
• キーワード: 温度勾配場 / 結晶粒成長 / モンテカルロシミュレーション / 第2相粒 / Ni-Cr合金 / ナノ結晶粒組織 / 異常粒成長 / 固相拡散接合界面組織

研究概要

本年度は、均一組成場ならびに第2相粒を含む不均一組成場に温度勾配を与えた場合の粒界移動・粒成長過程の計算機シミュレーションシステムの開発ならびにNi-Cr合金ナノ結晶粒膜の組織解析と異種材料接合界面の組織解析を行った.
粒成長シミュレーションについては、Pottsモデルを用いたモンテカルロシミュレーション技法を採用し、任意の温度勾配を設定して結晶粒成長過程を計算するためのモジュールを追加した.なお、本システムでは、各結晶粒の方位と粒界構造の情報を実際材料のEBSPデータを計算シミュレーションに転用できるようになっている.さらに、2相組織状態での粒成長過程も計算できるよう専用モジュールを開発した.温度勾配下では高温領域になるほど粒界移動が活発になり、均一温度場での三重点挙動の他に温度勾配の影響が表れることが明らかになった.さらに、第2相粒子が存在する場合には、粒界移動のピン止め効果により、粒子近傍の局所組織変化はあたかも低温領域で進行するような「温度低下効果」が現れることがわかった.
次に、RFマグネトロンスパッタ法にて作成した各種ナノ結晶粒Ni-Cr合金膜について透過電子顕微鏡法ならびに硬さ試験法にて状態評価を行った.本合金膜はスパッタ法により50nm以下のナノサイズ粒でありかつFCC単相の過飽和固溶体組織になることを実証した.結晶粒サイズが45nmまでは硬さと粒サイズはHall-Petch則に従うが、それ以下の領域ではこの法則が成立しないことを確認した.また、これらナノ結晶粒膜は973K等温焼鈍時に異常粒成長を起こすことが初めて明らかにされ、粒サイズの増大に伴いビッカース硬さが減少することが実証された.
窒化珪素とTiAlならびに窒化珪素とNbの拡散接合界面の組織発達過程の解析においては、それぞれ状態図における部分平衡を満足するように反応相が形成されることを実証した.

研究成果

• [文献書誌] M.Mori, T.Shibayanagi, M.Maeda, M.Naka: "Thermal Stability of Microstructure and Microhardness in Nanostructured Ni-Cr Alloy Foils Prepared By RF Sputtering Method"Transactions of JWRI. 31・1. 25-32 (2002)
• [文献書誌] M.Mori, T.Shibayanagi, M.Maeda, M.Naka: "Role of amorphous phase and grain boundaries in the micro-hardness of nanostructured Cr-B and Ni-Cr alloy films"Proceedings of Designing of Interfacial Structures in Advanced Materials and Their Joints, 26-28 Nov.2002, Osaka, Japan. 266-271 (2002)
• [文献書誌] A.Inoue, T.Shibayanagi, M.Maeda, M.Naka: "Relationship between interface microstructure and fracture strength of Si_3N_4/TiAl joints diffusion bonded"Proceedings of Designing of Interfacial Structures in Advanced Materials and Their Joints, 26-28 Nov.2002, Osaka, Japan. 562-565 (2002)
• [文献書誌] M.Maeda, T.Shibayanagi, D.Baba, M.Naka: "Solid state diffusion bonding of SiC to Nb"Proceedings of Designing of Interfacial Structures in Advanced Materials and Their Joints, 26-28 Nov.2002, Osaka, Japan. 557-561 (2002)
• [文献書誌] T.Shibayanagi, A.Kimoto, Y.Umakoshi, M.Maeda, M.Naka: "Calculation of grain boundary structure and grain boundary energy of NiAl"Proceedings of Designing of Interfacial Structures in Advanced Materials and Their Joints, 26-28 Nov.2002, Osaka, Japan. 92-96 (2002)
• [文献書誌] T.Shibayanagi, M.Maeda: "Grain growth simulation of two phase structure under temperature gradient"Transactions of JWRI. 31・2. (2003)