| 研究課題/領域番号 |
19K05075
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| 研究機関 | 秋田大学 |
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研究代表者 |
齋藤 嘉一 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (10302259)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | Mg-Y-Zn合金 / 拡張転位 / 積層欠陥 / 変形応力 / Suzuki効果 / HAADF-STEM |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，微量の希土類元素(RE)をはじめ，ZnまたはAlを同時に含むMg合金の高温塑性，特に原子拡散を伴うすべり変形挙動に関する情報を集め，Mg結晶の力学特性に及ぼす影響を明らかにすることである。そこで2019年度は，合金添加物としてYとZnに注目し，いずれかを単独添加あるいは複合添加したMg基希薄固溶体を試験対象として中・高温域での圧縮変形挙動を比較評価した。そしてTEM，HAADF-STEM，SEM-EBSDなどの先端電子顕微鏡技術を駆使し，ナノメートルからサブミリメートルに及ぶ組織・構造のマルチスケール解析に基づいて，Mg-Y-Zn過飽和固溶体合金の高温強度の発現機構に関する情報を求めた。
MgにYとZnを単独添加して得た2元系をはじめ，それらを同時添加して得た3元系固溶体合金の圧縮挙動を比較した結果，3元系において顕著な強度上昇が現れることを確認した。特にMg-1Y-0.5Zn固溶体合金(at.%)の300℃圧縮試験から得られた応力－ひずみ曲線によれば，加熱に伴う応力低下が異例に小さいまま加工硬化による変形応力の上昇が続くと同時に，転位と溶質との相互作用を反映したとみられる応力振動も観測された。また，HAADF-STEM観察の結果によれば，3元系固溶体の300℃圧縮材においてのみ，加工で生じた多数の拡張転位が，明るい線状コントラストを伴って識別され，300℃での底面すべりに伴ってSuzuki効果が活性化した証拠と解釈された。以上の結果より，Mgに少量のYとZnを同時に添加したMg固溶体合金に対して，300℃以上の高温で変形させた場合に，底面a転位の分解に伴って発生した拡張転位に対して溶質YとZnが同時偏析，つまりSuzuki効果が活性化することが明らかになり，これが高温強度の増加をもたらす微視的機構と考えられた。
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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
本研究は，マグネシウム製構造部材の積年の課題の一つである中高温域（100℃～300℃）での機械的特性の改善を念頭に，RE元素を含有したMg合金の微視的高温変形挙動に対する理解を深め，更なる耐熱性強化のための合金設計に応用することを目的とする。今年度の最大の課題は，中高温域での塑性変形に伴って活性化するとみられる，拡張転位に挟まれた領域の積層欠陥上に生ずる溶質偏析，つまりSuzuki効果の活性能を有するMg合金試料を得ること，さらには当該効果の発現を電子顕微鏡技術を駆使して顕在化することであったが，Mg-Y-Zn系合金を例に最新の電子顕微鏡技術として知られるHAADF-STEM法を利用することで，その目標を達成することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
Mg合金の耐熱強度を高めるための方法として，本研究が注目するSuzuki効果を利用した組織制御法に関する技術開発が重要である。そこで今年度は，当該効果を最大限に発現させるための冶金学的条件，つまり合金添加物の種類や組み合わせ，それらの添加量に注目し，条件の最適化を追究する。具体的には，YやZnに代えてGd,Zn,Alなどを取り上げ，新しい合金試料に対して同様な機械的性質の評価を行い，Mg-Y-Zn系で得られた結果と比較することで，Mg合金の耐熱強化に向けた新合金設計指針を得たい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額が生じた理由としては，当該年度に実施予定だった実験ならびに成果内容に若干の変更が生じ，それに伴って必要な消耗品や出張用務（外部機関での測定，成果発表等）に変更が生じたことによる。次年度使用額の12,704円は，今年度内に実施する研究経費に組み込み活用する。
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