Stability and formation mechanism of heteroclusters of solute atoms in bcc iron

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22K04673
• Research Institution: Osaka Metropolitan University
• Principal Investigator: 沼倉 宏 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (40189353)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 鉄鋼材料 / 元素機能 / 合金状態図 / 析出強化

Outline of Annual Research Achievements

2023年度は，研究代表者が病気のため休職となり，研究を推進することがほとんどできなかった．
研究期間全体の成果としては，後述するように，本研究に先立つ研究により，炭素（C）と置換型元素（s）との相互作用と窒素（N）-sとの相互作用は同様ではなく，それぞれの特徴がほぼ明らかになっていたが，本研究によりC-V原子間の相互作用はN-V原子間相互作用より弱いこと，一方C-Ti相互作用はN-Ti相互作用と同程度であり，Fe-i-s三元過飽和固溶体からの時効硬化が発現することがわかった．ただしその大きさは今回実験をおこなった組成では実用稿としては十分ではなく，さまざまに組成の異なる合金を用いてi-s溶質原子ナノクラスタの構造をatom-probeや透過電子顕微鏡観察などによって解析し，ナノクラスタの構造，組成，寸法，数密度と強度の関係を明らかにする必要がある．
ナノクラスタ形成を誘発するi-s溶質原子の相互作用を多くのマイクロアロイ元素をs元素として調べた結果を総合すると，α鉄においてはN-s相互作用は融鉄およびγ鉄においてと同様に，s元素が周期表で鉄の右側に位置する場合は反発的，左側に位置する場合は親和的で，その絶対値は鉄から離れるほど大きくなる．しかしC-s相互作用はC-Cr（ほとんど相互作用なし）および上述のC-Vの組み合わせにおいてその傾向に従わない．その原因については，今後第一原理にもとづく電子論計算などによって理論的に解明されることが待たれる．