透過電子顕微鏡中その場変形三次元観察法による金属組織塑性変形挙動定量評価の確立

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02029
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 村山 光宏 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (90354282)
• 研究分担者: 波多 聡 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (60264107) ; 朴 明験 京都大学, 構造材料元素戦略研究拠点ユニット, 特定助教 (90803479)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 実用金属材料の塑性変形 / TEM中その場観察 / 三次元観察 / 転位 / 積層欠陥

研究実績の概要

1. 本年度は、新たにほとんど塑性変形を生じないと考えられる極端に硬い相(W)と比較的容易に塑性変形を生じると考えられる軟かい相(Ni-Fe)の二相からなる試料を用い、SEM中でその場引張変形実験により塑性変形組織形成および破壊亀裂進展を直視観察すると同時に、亀裂先端の三次元可視化・解析を行った。硬質/軟質相境界が塑性変形時の組織応答を支配していることを示唆する結果が得られたため、EBSDによる粒界分布測定を基に異相粒界における方位関係が力学特性に及ぼす影響を考察した。現在、特に破壊亀裂の伝播に伴う微細組織の変化をTEM, STEM APTにより原子スケールで解析している。
2. 昨年度に引き続き非常に大きな伸びを示すfcc単相合金の塑性変形機構を直視観察した。特に結晶粒微細化に伴って生じる降伏現象の変化（連続→不連続）や変形双晶の核生成機構の違いなどについての実験的な検証を行い、さらに金沢大学下川教授の協力を得て結晶塑性学的解析をおこなった。特に微細粒材の結晶粒界において、変形双晶核生成と塑性変形により導入された局所歪みの相関を実験と理論の両面から立証するなど、変形の担い手である構造欠陥の生成・成長に関して、従来のマクロ力学特性に基づく推察とは異なる理解を深めることに成功した。これに関して昨年４月Scientific Reports誌に掲載された研究代表者らによる論文がthe top 100 downloaded materials science papers for Scientific Reports in 2021としてSpringer Natureより表彰された。
これらの結果は本研究の大目的である「変形子理論を基礎としたより統一的な塑性変形中の微細組織応答に関する理論構築」に通じる実験的知見であり、３年間の実施期間を通じて十分な成果を得たと考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Pacific Northwest National Laboratory(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Pacific Northwest National Laboratory
• [国際共同研究] University of Virginia(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Virginia
• [雑誌論文] Evaluation of relaxation process in FeMo14C15B6Erx (x= 0-2) bulk metallic glass by valence electron energy loss spectroscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: S Kobayashi, JM Howe, M Murayama
  • 雑誌名: Journal of Non-Crystalline Solids 巻: 576 ページ: 121227
  • DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2021.121227
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A boundary-based approach to the multiscale microstructural characterization of a W-Ni-Fe tungsten heavy alloy (2022)
  • 著者名/発表者名: J.V.Haag IV, J.Wang D.J.Edwards, W.Setyawan, M.Murayama
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 213 ページ: 114587
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2022.114587
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional Quantitative Evaluation of the Lamellar Curvature in Pearlitic Steel Based on an Orientation Analysis of Cementite (2022)
  • 著者名/発表者名: Kosaka Makoto、Ushioda Kohsaku、Teshima Toshihiko、Nishida Minoru、Hata Satoshi
  • 雑誌名: ISIJ International 巻: 62 ページ: 299～306
  • DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2021-194
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enabling High-Performance Surfaces of Biodegradable Magnesium Alloys via Femtosecond Laser Shock Peening with Ultralow Pulse Energy (2021)
  • 著者名/発表者名: Wenbo Wang, Chang-Yu Hung, Leslie Howe, Jia Chen, Kaiwen Wang, Vinh X. Ho, Shannon Lenahan, Mitsuhiro Murayama, Nguyen Q. Vinh,* and Wenjun Cai*
  • 雑誌名: American Chemical Society 巻: 4 ページ: 7903-7912
  • DOI: 10.1021/acsabm.1c00826
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nanoscale Texture and Microstructure in a NdFeAs (O, F)/IBAD-MgO Superconducting Thin Film with Superior Critical Current Properties (2021)
  • 著者名/発表者名: Z Guo, H Gao, K Kondo, T Hatano, K Iida, J Hanisch, H Ikuta, S Hata
  • 雑誌名: ACS Applied Electronic Materials 巻: 3 ページ: 3158-3166
  • DOI: 10.1021/acsaelm.1c00364
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Thermal Conductivity of Nano-Crystallized Indium-Gallium-Zinc Oxide Thin Films Determined by Differential Three-Omega Method (2021)
  • 著者名/発表者名: R Khan, M Ohtaki, S Hata, K Miyazaki, R Hattori
  • 雑誌名: Nanomaterials 巻: 11 ページ: 1547
  • DOI: 10.3390/nano11061547
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microstructural and spectroscopic analysis in non-uniform Y2O3 ceramics fabricated by spark plasma sintering (2021)
  • 著者名/発表者名: JH Lee, BN Kim, S Hata, BK Jang
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 129 ページ: 66-72
  • DOI: 10.2109/jcersj2.20173
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Approaching the ultimate superconducting properties of (Ba,K)Fe2As2 by naturally formed low-angle grain boundary networks (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Iida, D. Qin, C. Tarantini, T. Hatano, C. Wang, Z. Guo, H. Gao, H. Saito, S. Hata, M. Naito, A. Yamamoto
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 13 ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of ductile phase toughening mechanisms in a hot-rolled tungsten heavy alloy (2021)
  • 著者名/発表者名: J.V. Haag, D.J. Edwards, C.H. Henager, W. Setyawan, J. Wang, M. Murayama
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: - ページ: 116523
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2020.116523
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Grain Size Altering Yielding Mechanisms in Ultrafine Grained High-Mn Austenitic Steel: Advanced TEM Investigations (2021)
  • 著者名/発表者名: Chang-Yu Hung, Yu Bai, Nobuhiro Tsuji, Mitsuhiro Murayama
  • 雑誌名: Journal of Materials Science and Technology 巻: - ページ: 192-203
  • DOI: 10.1016/j.jmst.2021.01.031
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Correlation Between Grain Boundary Character and Deformation Twin Nucleation Mechanism in Coarse-grained High-Mn Austenitic Steel (2021)
  • 著者名/発表者名: Chang-Yu Hung, Yu Bai, Tomotsugu Shimokawa, Nobuhiro Tsuji, and Mitsuhiro Murayama
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: - ページ: 8468
  • DOI: 10.1038/s41598-021-87811-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unique transition of yielding mechanism and unexpected activation of deformation twinning in ultrafine grained high-Mn austenitic steel (2021)
  • 著者名/発表者名: Yu Bai, Hiroki Kitamura, Si Gao, Yanzhong Tian, Nokeun Park, Myeong-heom Park, Hiroki Adachi, Akinobu Shibata, Masugu Sato, Mitsuhiro Murayama, Nobuhiro Tsuji
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: - ページ: 15870
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94800-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phase transformations in Al-Ti-Mg powders consolidated by high-pressure torsion: experiments and first-principles calculations (2021)
  • 著者名/発表者名: Yongpeng Tang, Mitsuhiro Murayama, Kaveh Edalati, Qing Wang, Satoshi Iikubo, Takahiro Masuda, Yuji Higo, Yoshinori Tange, Yasuo Ohishi, Masaki Mito, Zenji Horita
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 889 ページ: 161815
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.161815
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Realization of epitaxial thin films of the superconductor K-doped BaFe2As2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Dongyi Qin, Kazumasa Iida, Takafumi Hatano, Hikaru Saito, Yiming Ma, Chao Wang, Satoshi Hata, Michio Naito, Akiyasu Yamamoto
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 5 ページ: 14801
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.5.014801
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Five-second STEM dislocation tomography for 300 nm thick specimen assisted by deep-learning-based noise filtering (2021)
  • 著者名/発表者名: Yifang Zhao, Suguru Koike, Rikuto Nakama, Shiro Ihara, Masatoshi Mitsuhara, Mitsuhiro Murayama, Satoshi Hata and Hikaru Saito
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 11 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-021-99914-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 異種変形モードの核生成制御による高強度・高延性金属の実現 (2021)
  • 著者名/発表者名: 辻伸泰、下川智嗣、志澤一之、村山光宏
  • 雑誌名: まてりあ（日本金属学会会報） 巻: 60 ページ: 8-12
  • DOI: 10.2320/materia.60.8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TEM/STEM トモグラフィーによる最近の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 波多聰、趙一方、井原史朗、斉藤光、光原昌寿、村山光宏
  • 雑誌名: まてりあ（日本金属学会会報） 巻: 61 ページ: 84-88
  • DOI: 10.2320/materia.61.84
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 透過電子顕微鏡法による結晶欠陥の３次元再構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 波多聰
  • 雑誌名: ふぇらむ（日本鉄鋼協会会報） 巻: 26 ページ: 427-433
• [学会発表] 透過型電子顕微鏡によるナノスケールの三次元観察と多結晶組織解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 波多聰
  • 学会等名: 九州大学電子顕微鏡民間解放セミナー 材料開発を前進させる「顕微解析拠点の活用」九州大学の最先端電子顕微鏡設備と技術の利用
  • 招待講演
• [学会発表] Toward 3D visualization of dislocation dynamics under deformation using transmission electron microscopy (2022)
  • 著者名/発表者名: S. Hata
  • 学会等名: Time Man Seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] in situ TEM to investigate correlations between microstructure characteristics and deformation twin nucleation mechanisms in high (2021)
  • 著者名/発表者名: Murayama M, Shimokawa T, Hung C-Y, Bai Y, Tsuji N
  • 学会等名: Materials Research Meeting (MRM) 2021
  • 国際学会
• [学会発表] in situ TEM to investigate correlations between microstructure characteristics and deformation twin nucleation (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimokawa T, Sawada K, Hung C-Y, Murayama M, Bai Y, Tsuji N.
  • 学会等名: Materials Research Meeting (MRM) 2021
  • 国際学会
• [学会発表] Managing both high strength and large ductility by controlling deformation modes in nanostructured metals. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuji N, Murayama M, Shimokawa T, Shizawa K, Kishida K.
  • 学会等名: Materials Research Meeting (MRM) 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Toward 3D visualization of dislocation dynamics by electron tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Hata
  • 学会等名: Graduate Institute of Ferrous & Energy Materials Technology (GIFT) seminar
  • 招待講演
• [学会発表] 電子顕微鏡 様々な研究分野にまたがる先端機器 (2021)
  • 著者名/発表者名: 波多聰
  • 学会等名: 九州大学工学部・九州沖縄９高専 連携教育プログラム関連事業 九州大学 特別講義
• [学会発表] Fast 3D imaging of crystal defects using scanning transmission electron microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Hata, H. Saito, I. Cho (Y. Zhao), S. Koike, R. Nakama, N. Konishi, M. Mitsuhara, M. Murayama
  • 学会等名: 2021 MIRAI2.0 Workshop in Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 機械学習ノイズフィルタリングを援用した走査透過電子顕微鏡（STEM）観察の応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井原史朗、斉藤光、趙一方、鯉池卓、仲間陸人、義永瑞雲、光原昌寿、波多聰、村山光宏
  • 学会等名: 日本機械学会34回計算力学講演会（CMD2021）
• [学会発表] Toward dynamic 3D visualization of dislocations by electron tomography (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Hata, H. Saito, M. Murayama
  • 学会等名: The 5th International Congress on 3D Materials Science 2021 (3DMS 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] STEM連続傾斜像の高速撮影に向けた要素技術開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 波多聰、斉藤光、趙一方、鯉池卓、仲間陸人、小西夏樹、光原昌寿、村山光宏
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会 第77回学術講演会