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研究内容
- Keywords
金属材料の高特性化を目指したマルチスケール微細組織解析
力学特性や磁気特性など、金属材料の応用上重要な諸特性は、物質固有の物性だけでなく、材料の作製過程で形成される微細組織と密接に関連しています。そのため、所望の特性を発現させるための微細組織制御や材料創製の指針を確立するには、微細組織をミクロから原子レベルの幅広いスケールで理解することが重要です。そこで、構造用金属材料をはじめとする様々な金属材料を対象として、電子顕微鏡（FIB-SEM、TEM）や3次元アトムプローブ（3DAP）など最先端の組織解析技術を駆使したマルチスケール組織解析に取り組んでいます。微細組織と材料特性との関係を明らかにすることで、特性発現メカニズムを理解するとともに、高特性化に向けた微細組織制御・材料創製の指針を提案することを目指しています。
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。
所属学会
日本金属学会, 日本磁気学会, 軽金属学会, Minerals,Metals & Materials Society
構造材料研究センター
金属材料の高性能化を目指したマルチスケール組織解析
微細組織，3次元アトムプローブ(3DAP)，電子顕微鏡，金属・無機材料
概要
力学特性や磁気特性など、金属材料の応用上重要な諸特性は、物質固有の物性だけでなく、材料の作製過程で形成される微細組織と密接に関連しています。微細組織は、ミクロから原子レベルに至る幅広いスケールにわたって多様な形態で存在します。そのため、所望の特性を発現させるための微細組織制御や材料創製の指針を確立するには、複数の組織解析手法を組み合わせ、微細組織を幅広いスケールで多面的に捉えることが重要です。
そこで、構造用金属材料をはじめとする様々な金属材料を対象に、電子顕微鏡（FIB-SEM、TEM）や３次元アトムプローブ（3DAP）などの最先端の組織解析技術を駆使したマルチスケール組織解析に取り組んでいます。微細組織と材料特性との関係を明らかにすることで、特性発現メカニズムを理解するとともに、高特性化に向けた微細組織制御・材料創製の指針を提案することを目指しています。
新規性・独創性
● FIB-SEM、TEM、3次元アトムプローブを相補的に用いたマルチスケール組織解析
● 3次元アトムプローブによる組織解析手法の高度化
● 水素などの軽元素分布のナノスケール３次元解析
● ラボスケールでの材料開発による高特性化の実証
内容
TEMと3DAPを用いて同一視野を相補的に解析することで、転位などの格子欠陥周辺におけるナノスケールの元素分布を明らかにすることができます。例えば、独自に開発した塗装焼付硬化型マグネシウム合金にTEMと3DAPによる同一視野解析を適用し、その高強度化が、溶質クラスタの分散による析出強化と、溶質元素の転位芯への偏析による転位の不動化に起因することを明らかにしました。
3次元アトムプローブ（3DAP）は、金属材料中に存在する元素の三次元分布をサブナノメートルの空間分解能で再構築できる分析手法です。飛行時間型質量分析により原子種を同定するため、原理上は水素を含む全ての元素が分析できますが、環境中から材料内部に侵入し、水素脆化などを引き起こすppmオーダーの微量な水素を分析することは困難でした。そこで、水素の同位体である重水素を試料に導入することで、微量な水素の3次元分布をナノスケールで可視化する手法を確立しました。これにより、材料内部における水素の局所的な分布を直接捉え、水素が材料特性に及ぼす影響を議論することが可能になりました。
まとめ
電子顕微鏡（FIB-SEM、TEM）や3次元アトムプローブを駆使した詳細な微細組織解析は、様々な金属・無機材料に適用可能であり、そこから得られる知見は、応用上重要な材料特性を向上させるための有用な手掛かりとなります。さらに、取得したデータの解析にAIを活用するなど、組織解析の高度化・効率化と、材料開発指針の効率的な提案に向けた研究にも取り組んでいます。
