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NIMS一般公開2024

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研究内容

出版物2004年以降のNIMS所属における研究成果や出版物を表示しています。

書籍

所属学会

日本金属学会, 日本鉄鋼協会, 日本銅学会

構造材料研究センター
タイトル

実験・計算状態図を援用した組織制御と材料開発

キーワード

状態図,CALPHAD,拡散マルチプル,コンビナトリアル法,格子欠陥偏析計算システム,偏析エンジニアリング

概要

各種構造材料について,未知状態図の決定および熱力学データベースの構築を行い,計算状態図を利用して新規構造材料の合金設計を行う.さらに,拡散マルチプル等を用いたコンビナトリアル手法により材料特性データをハイスループットで評価し,多次元の材料特性最適化を実現する.
構造材料中の「転位」,「積層欠陥」,「結晶粒界」等の格子欠陥への溶質元素の「偏析」を予測し,材料の組織制御に活用する「偏析エンジニアリング」を目標とし,熱力学・拡散データベースにより計算データを計算プログラムに取り込んで,格子欠陥密度,結晶粒径,溶質元素の拡散,析出等を考慮した格子欠陥偏析計算システムを構築し,偏析を起点とした材料の組織制御を実現する.

新規性・独創性

多元系実用合金の状態図の決定⇒熱力学データベースの構築⇒計算熱力学による新規合金設計.
多元系合金拡散マルチプルを活用した相平衡,界面反応,材料特性等のハイスループット評価
格子欠陥密度,結晶粒径,溶質元素拡散,析出を考慮した偏析計算システムの構築.
偏析エンジニアリングによる熱処理条件の最適化と核形成・成長の組織制御.

内容

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A. Cu-Ni-Al3元系の計算状態図(a)より900℃と500℃の固溶度線に大きな差違が確認できる.この知見に基づき,Cu/Cu-30Ni/Cu-10Al(mass%)の拡散トリプル(b)を作製し,溶体化・時効熱処理した広範囲の濃度のCu-Ni-Al合金の導電率(c)と硬さ(d)をハイスループット評価した.導電率と硬さを最適化し新規銅合金を開発した.
B. 多結晶材料の結晶粒界を3原子層程度の幅を有するランダム構造の「粒界相(a)」と見なし,母相と粒界相間の平行接線則(c)から溶質原子が粒界に濃化する(b)偏析濃度を,結晶粒径,粒界エネルギー,溶質原子の拡散等を考慮して計算する.Al-Mg-Si3元系の計算結果(d)から,温度の違いによりMg/Si偏析濃度比が変化することが判明し,偏析エンジニアリングによる有効クラスター形成が予測できる.

まとめ

状態図・拡散の計算熱力学を援用した構造材料の多元系合金設計とプロセス最適化による組織制御と新規材料開発を目的に,合金と拡散マルチプルを併用したコンビナトリアル法による相平衡・多次元材料特性データのハイスループット評価,および格子欠陥偏析計算システムによる偏析エンジニアリングの研究開発を精力的に実施する.

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