2019 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization of microscopic multiple strain in iron based alloys with large elastic anisotropy
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17H03422
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 弾性異方性 / 磁気弾性効果 / 鉄合金 / 磁歪 / 逆磁歪 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
弾性異方性の大きいFe-Ga合金単結晶（主にCube方位）における磁場印加により発生する複雑な磁歪をX線回折法等により測定し、それらの測定結果を精緻に解析した。この非破壊的手法による結果を従来のモデルで解釈するのは困難であり、従来のモデルが単純化されていることを指摘した。ここでは、磁気弾性エネルギー等に基づく新たなモデルを提案し、これにより実験結果を再現できることを示した。一方、弾性異方性の大きい鉄合金の多結晶材料における弾性異方性を直接に測定するために、幾つかのGa量の異なる多結晶のFe-Ga合金を作製した。それらの多結晶のFe-Ga合金を、中性子回折法によるその場変形（弾性域での引張変形）の予備的な実験を行い、測定される幾つかの格子ひずみから各合金の結晶方位ごとのYoung率を評価する手法を確立した。詳細な解析は行っているところであるが、<100>方向のYoung率が他の＜110＞方向等の値に比べかなり低いことが示唆され、多結晶における弾性異方性を示す結果が得られた。また、これらの合金では表面状態の制御が重要であるため、幾つかの処理を施した合金について、X線吸収分光法（転換電子モード）、X線光電子分光法や二次イオン質量分析法により表面状態を評価した。X線吸収端近傍スペクトルから、大気で焼鈍した試料では鉄もガリウムも酸化していたが、低酸素分圧下で焼鈍した試料ではガリウムが選択的に酸化していることを示した。低酸素分圧焼鈍ではGaの表面への濃化も観察され、本プロセスは合金の保護性被膜を制御する上で有効であると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
複雑な形状変化を示す磁歪を明らかにするには、合金単結晶を用いた実験が必要であり、それにはある程度の大きさの試料が必要となる。しかし、そのような所定の形状の試料が得られるかどうかが課題であったが、十分な大きさを持つ単結晶を育成することができ、複雑に発生する磁歪をX線回折法等で測定することができた。また、引張変形しながらその場中性子回折を行うには、板状の鉄－ガリウム合金の試験片が必要であり、その加工はガリウムの濃度が高くなるほど困難になる。このため、板状の試験片の作製での困難が予想されたが、加工条件を吟味することにより試験片を作製することができた。その他、熱処理の雰囲気を変えることで合金表面の組成等が変化するかどうかが明瞭でなかったが、本研究で合金表面に形成する酸化膜を変化させることができることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁場により複雑に発生する磁歪をX線回折法等で測定する方法がある程度確立してきたので、Fe-Ga合金以外での磁歪測定も可能かどうかを試みる計画である。また、弾性変形における多結晶のFe-Ga合金等の格子ひずみの変化を、中性子回折法で調べる方法も確立してきたので、それによるYoung率等を解析する研究を進めていく。それとともに、幾つかの方位をもつ合金単結晶についても、中性子回折法によるその場変形（弾性域での引張変形）の実験から、測定される格子ひずみを評価する手法を確立する。これらの多結晶や単結晶の格子ひずみに関する実験結果が得られれば、弾性異方性の大きい鉄合金の微小ひずみにおける多結晶の効果、さらに多結晶材料におけるひずみ伝播の機構などについても検討することが可能となる。
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