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2020 年度 実績報告書

弾性異方性の大きい鉄合金における微小複合ひずみの解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H03422
研究機関東北大学

研究代表者

鈴木 茂  東北大学, マイクロシステム融合研究開発センター, 教授 (40143028)

研究分担者 今福 宗行  東京都市大学, 理工学部, 教授 (00183012)
佐藤 成男  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40509056)
小貫 祐介  茨城大学, フロンティア応用原子科学研究センター, 産学官連携助教 (50746998)
川又 透  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90638355)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
キーワード鉄合金 / 軟磁性 / 磁区構造 / 磁場 / 弾性異方性
研究実績の概要

弾性異方性の大きい機能性の強磁性鉄合金における微小複合ひずみの発現機構を解明するために、機能性鉄合金単結晶のヤング率の結晶方位依存性などを測定した。それととも、磁気光学的な手法を利用して、外場による磁区構造の変化などの結果を見直しした。ここでは、試料としてCZ法により育成した大型Fe-Ga合金単結晶から切り出したものなどを用いた。
特定方位の単結晶では、磁場を増大させると180°ブロッホ磁壁が移動しやすくなり、外力が増大すると90°磁壁な動きやすくなるなど、場による磁区構造変化の特徴を確認した。飽和磁場に近い状態での磁歪(磁気ひずみ)の方位依存性は、これまでの単純化したモデルで説明できないことも示した。これらの結果から、これらの機能性鉄合金の磁気弾性効果は、弾性ひずみの方位依存性と密接に関係しており、本合金の利用における結晶方位の重要性を提示した。
また、これらの特定方位の合金の動的な振動発電の特性を調べたところ、振動発電特性には逆磁歪効果だけなく変動磁場に対する磁気的応答性も大きく関係していることを示した。その他、合金の耐久性や表面特性に関連して、熱処理条件による合金表面の化学状態の解析も行い、熱処理条件の重要性も提示した。これらの結果を元に、合金の各種デバイスへの応用に向けた検討も行った。
さらに合金単結晶を加工などの処理を行うと表層に多結晶を形成することに着目して、それらの多結晶を通じて下地合金単結晶の異方性のある弾性ひずみなどの評価を行った。それらの評価においては、表面の多結晶層における圧延による圧縮応力の発生、放電加工による引張り応力の発生を利用した。これらの知見は、弾性異方性のある強磁性鉄合金の複合ひずみを活用する上で有用であり、今後の応用展開の可能性などについても議論した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Magnetic Properties and Substructure of Iron?Gallium Alloy Single Crystals Processed from Ingot to Wafers2022

    • 著者名/発表者名
      Chiba Masaki、Tanno Takenori、Abe Maho、Hashi Shuichiro、Ishiyama Kazushi、Kawamata Toru、Umestu Rie Y.、Sugiyama Kazumasa、Sato Shigeo、Mochizuki Yosuke、Yatsushiro Koji、Kumagai Tsuyoshi、Fukuda Tsuguo、Tanaka Shun-Ichiro、Suzuki Shigeru
    • 雑誌名

      MATERIALS TRANSACTIONS

      巻: 63 ページ: 502~507

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2021217

  • [雑誌論文] Performance of Vibration Power Generators Using Single Crystal and Polycrystal Magnetic Cores of Fe?Ga Alloys2021

    • 著者名/発表者名
      Fujieda Shun、Gorai Naoki、Kawamata Toru、Simura Rayko、Fukuda Tsuguo、Suzuki Shigeru
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 1016 ページ: 453~457

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/msf.1016.453

  • [雑誌論文] Characterization and performance of large-sized Fe?Ga alloy single crystals grown using the Czochralski method2021

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Shigeru、Taguchi Osamu、Kawamata Toru、Sugiyama Kazumasa、Ono Jin、Kumagai Tsuyoshi、Fukuda Tsuguo
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 570 ページ: 126227~126227

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2021.126227

  • [雑誌論文] Characterization of Vibrational Energy Harvesting Property and Microstructure of FeCo-2V Alloys2020

    • 著者名/発表者名
      Furuta Masahiro、Simura Rayko、Kawamata Toru、Suzuki Shigeru
    • 雑誌名

      Tetsu-to-Hagane

      巻: 106 ページ: 672~678

    • DOI

      10.2355/tetsutohagane.tetsu-2019-132

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Surface characterization of functional iron?gallium alloys annealed under different conditions2020

    • 著者名/発表者名
      Kawamata Toru、Shinoda Kozo、Sugiyama Kazumasa、Suzuki Shigeru
    • 雑誌名

      Surface and Interface Analysis

      巻: 52 ページ: 1098~1103

    • DOI

      10.1002/sia.6841

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Designing vibration energy harvesting devices using magnetostrictive iron gallium alloys2020

    • 著者名/発表者名
      Gorai Naoki、Kawamata Toru、Kumagai Tsuyoshi、Fukuda Tsuguo、Suzuki Shigeru
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 59 ページ: 098003~098003

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abb0c4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] CZ 法による磁歪発電用 Fe-Ga 合金単結晶作成の長尺化2022

    • 著者名/発表者名
      熊谷毅,安藤宏孝,鈴木茂,福田承生
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演大会
  • [学会発表] 弾性異方性の大きい鉄合金に おける変形特性の評価2022

    • 著者名/発表者名
      鈴木茂,水澤和大,佐藤成男
    • 学会等名
      第183回日本鉄鋼協会春季講演大会
  • [学会発表] 振動発電の実用化に向けた超磁歪合金の微視-巨視的な磁歪評価2021

    • 著者名/発表者名
      佐藤昂平,今福宗行,大坪太郎,川崎虎太郎
    • 学会等名
      第55回X線材料強度に関するシンポジウム
  • [学会発表] 鉄合金におけるナノレベルの不均一変形の評価2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木茂,水澤和大,佐藤成男,梅津理恵,熊谷毅,福田承生
    • 学会等名
      第181回日本鉄鋼協会秋季講演大会

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公開日: 2022-12-28  

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