超高分解能X線顕微鏡が拓く3D/4Dマルチスケール・マルチモーダル材料科学

超高分辨率 X 射线显微镜开创的 3D/4D 多尺度和多模态材料科学

• 批准号: 21H04624
• 负责人: 戸田 裕之
• 金额: $ 17.8万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04624/
• 关键词: シンクロトロン; 3Dイメージング; 3DのX線回析; 高分解能; マルチモーダル

マルチスケール化に関し、超高分解能⇔高分解能の切り替え技術を、マルチモーダル化に関しては、X線CT⇔XRDの切り替え技術、およびそれらデータ対応技術に引き続き取り組んだ。エアベアリングステージの導入により、これら3技術を同一ビームラインで同時に組み上げ、これらを数分以内で切り替えられるようにした。マルチモーダル化に関し、分散粒子の追跡による3D塑性歪みマッピングとそれに基づく幾何学的に必要な転位（GND)、統計的に必要な転位(SSD)、原子空孔の3Dマッピングを実施し、TRIP鋼の相変態・損傷挙動を精密に解析できることを確認した。また、アルミニウムに適用した例では、DCT法による多結晶組織の精密計測と水素脆化挙動のイメージングの援用が可能となった。4月放射光実験は、放射光施設SPring-8の高分解能イメージング用ビームラインBL20XUにて、結晶粒径およびオーステナイト相の安定度を制御した低炭素TRIP鋼の変態・破壊挙動に適用した。XRDで得られる結晶方位、転位密度の情報、XCTで得られる粒形状、粒サイズなどの情報と、オーステナイトからマルテンサイトへの応力誘起相変態・損傷・破壊の情報を取得できた。φ1μmに絞った細束X線をラスタースキャンしながら試料を同時に回転させ、試料内の全ての位置に全ての方向から細束X線を入射してX線回折パターンを数十万枚取得する特殊なX線回折実験のデータと位相CTのデータを位置合わせし、これらが25%負荷歪みまでの範囲で充分な精度で対応可能であることを確認した。これにより、ほとんど全てのオーステナイト粒を可視化・特定でき、さらにXRD回折斑点との対応付けによる結晶学的解析が可能になった。

X-ray CT X-ray XRD X-ray CT X-ray CT X-ray XRD X-ray CT X-ray CT X- In addition to the above, the three technologies can be used in the same project. 3D plastic distortion analysis of particle tracking, fundamental geometry (GND), statistical distortion (SSD), atomic void 3D distortion analysis, TRIP steel phase behavior, damage dynamics, precision analysis, and confirmation. For example, DCT method can be used for precise measurement of polycrystalline structure and water embrittlement. In April, the high decomposition energy of SPring-8 was applied to control the stability of low carbon TRIP steel. XRD obtained crystal orientation, site density information, XCT obtained particle shape, particle size information, particle size information, phase change, damage, damage information.φ1μm thin beam X-ray beam is obtained from the sample at the same time and in all directions at all positions in the sample. The thin beam X-ray beam is incident on the sample at all positions. Hundreds of thousands of X-ray beams are obtained from the sample at all positions. The special X-ray beam is obtained from the sample at all positions. The position of the sample at all positions is determined by the accuracy of the sample at all times. The analysis of crystallography is possible in the following ways: visualization of particles, specific XRD reflection points, and analysis of crystals.

项目成果

ナノ～マクロを繋ぐトモグラフィー ：界面の半自発的剥離

连接纳米与宏观的断层扫描：界面半自发剥离

• 发表时间: 2020
• 期刊: まてりあ
• 作者: 戸田裕之;山口正剛;都留智仁;清水一行;松田健二;平山恭介
• 通讯作者: 平山恭介

Assessment of Hydrogen Accumulation Behavior in Al–Zn–Mg Alloy under Strain with Kelvin Force Microscopy

用开尔文力显微镜评估应变下 Al-Zn-Mg 合金的氢积累行为

• DOI: 10.2320/matertrans.l-m2020873
• 发表时间: 2021
• 期刊: MATERIALS TRANSACTIONS
• 影响因子: 1.2
• 作者: Fujihara Hiro;Toda Hiroyuki;Arita Makoto;Shimizu Kazuyuki;Takeuchi Akihisa;Uesugi Kentaro
• 通讯作者: Uesugi Kentaro

X線CTとXRDを組み合わせたマルチモーダルCTとその鉄鋼への応用

X射线CT与X射线衍射相结合的多模态CT及其在钢材中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: 志賀元紀;武藤俊介;戸田裕之
• 通讯作者: 戸田裕之

Hydrogen embrittlement mechanism of Al-Zn-Mg alloys: semi-spontaneous interfacial decohesion

Al-Zn-Mg合金的氢脆机理：半自发界面脱聚

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Toda;M. Yamaguchi;T. Tsuru;K. Shimizu;K. Hirayama;K. Ebihara;K. Matsuda
• 通讯作者: K. Matsuda

Application of High Energy Imaging CT to Investigate Local 3D Short Fatigue Crack Closure Behavior in Ti-6Al-4V alloy

应用高能成像 CT 研究 Ti-6Al-4V 合金局部 3D 短疲劳裂纹闭合行为

• 发表时间: 2021
• 作者: Valary TUBEI;Hiroyuki TODA;Kyosuke HIRAYAMA;Meysam HASSANIPOUR;Akihisa TAKEUCHI;Masayuki UESUGI
• 通讯作者: Masayuki UESUGI