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ハイエントロピー合金の粒界形態の階層性から探る新しい高温高強度発現メカニズム

从高熵合金晶界形貌层次探索高温高强发展新机制

基本信息

批准号：
22KJ1463
负责人：
塩谷光平
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kanazawa University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，ほぼ等量ずつの5種類以上の元素から構成される結晶性の合金であるハイエントロピー合金（HEA）が示す優れた高温高強度特性の発現メカニズムについて，粒界と呼ばれる結晶方位の異なる隣接粒間の界面における原子スケールでの挙動に焦点を当てて探究することを目的とするものである．本年度は，当初から予定していたHEAの粒界形態の解析と，粒界形態と粒界移動抵抗の関係に関する検討を主に行った．前年度に解析対象とした等モル組成のHEAに加えて，粒界に偏析する元素濃度を様々に変えた非等モル組成のHEAも解析の対象とし，偏析元素濃度が粒界の形態と粒界の移動抵抗に与える影響を系統的に調査した．移動中の粒界面を局所領域に分割し，その領域内の構成元素の割合と局所粒界面の位置の計算を通して，粒界面の形状や，形状と構成元素の濃度の関係を検討した．本解析の結果，粒界は平面を保ちながらではなく，数ナノメートルオーダーの周期で面外方向に揺らぎながら移動することがわかった．そして，粒界面の揺らぎの分布と構成元素の分布の間には小さな相関が見られた．すなわち，局所的な粒界面の移動が遅滞し粒界が張り出している位置には，粒界に偏析しやすい元素が多く存在していることがわかった．このことは，粒界偏析が粒界の移動を遅滞させ粒界移動抵抗を上昇させていることを示唆している．またこの結果は，HEAの局所元素組成の揺らぎに起因した粒界の形態変化が粒界移動抵抗の上昇という力学特性の向上に対して関連があることを示す重要な結果である．その一方で，以上で述べた研究成果は，溶質原子を微量だけ含む従来型の希薄系合金でも生じうる現象である．そのため粒界移動現象におけるHEA特有の多成分性の効果について詳細な検討が重要である．よって，本年度の後半からは，従来合金で構築された理論に基づきHEAの多成分性の効果を理解するための検討を開始している．

In this study, the crystalline alloy (HEA) with more than 5 kinds of elements in the same amount has been investigated for its excellent high temperature and high strength characteristics. This year, the analysis of grain boundary morphology of HEA was carried out at the beginning, and the relationship between grain boundary morphology and grain movement resistance was discussed. In the past year, the analysis of HEA with respect to grain composition and grain boundary segregation, the concentration of elements, the analysis of HEA with respect to grain composition and grain boundary morphology, the movement resistance of grain boundary and the influence of element concentration on grain boundary segregation were investigated systematically. The boundary between particles in a moving state is divided into two parts, and the separation of constituent elements and the calculation of the position of the boundary between particles in a moving state are discussed. The shape of the boundary between particles and the relationship between the concentration of constituent elements are discussed. The result of this analysis shows that the boundary of the grain is kept in the plane, and the period of the grain is out of the plane. The distribution of particles at the interface between particles and the distribution of constituent elements is closely related to each other. The movement of the grain interface of the bureau is delayed, the grain boundary is expanded, the position is separated, and the grain boundary is separated, the element is separated, and the grain boundary is separated. The grain boundary segregation, the grain boundary movement, the grain boundary movement resistance, the grain boundary movement resistance, the grain boundary segregation, the grain boundary movement resistance, the grain boundary segregation, the grain boundary movement resistance, the grain boundary segregation, the grain boundary movement resistance, the grain boundary As a result, the composition of HEA's local elements, the cause of grain boundary morphology, the rise of grain boundary movement resistance, and the upward correlation of mechanical properties are important results. The above research results show that trace amounts of solute atoms are separated from rare earth alloys containing rare earth elements. The phenomenon of grain boundary movement is unique to HEA and its multiple components are discussed in detail. In the second half of the year, the study on the theoretical basis of HEA and its multi-component properties began.

项目成果

期刊论文数量（18）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ハイエントロピー合金におけるき裂進展の原子スケールダイナミクス-分子動力学シミュレーションを用いたアプローチ-

高熵合金中裂纹扩展的原子尺度动力学 - 使用分子动力学模拟的方法 -

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kohei Shiotani;Tomoaki Niiyama;Tomotsugu Shimokawa;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣;新山友暁，塩谷光平，下川智嗣
通讯作者：
新山友暁，塩谷光平，下川智嗣

多元系合金で発生する元素偏析が粒界移動現象に及ぼす影響に関する系統的検討

多元合金中元素偏析对晶界迁移现象影响的系统研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kohei Shiotani;Tomoaki Niiyama;Tomotsugu Shimokawa;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣;下川智嗣，塩谷光平，新山友暁;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣
通讯作者：
塩谷光平，新山友暁，下川智嗣

ハイエントロピー合金の粒界におけるエントロピー効果と転位放出現象の関係-粒界偏析が強度に及ぼす影響-

高熵合金晶界熵效应与位错发射现象的关系 - 晶界偏析对强度的影响 -

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kohei Shiotani;Tomoaki Niiyama;Tomotsugu Shimokawa;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣;新山友暁，塩谷光平，下川智嗣;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣
通讯作者：
塩谷光平，新山友暁，下川智嗣

多元系合金における粒界移動抵抗の遷移メカニズムに関する原子論的検討

多元合金晶界迁移阻力转变机制的原子研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shuhei Yoshida;Nokeun Park;Kohei Shiotani;Yu Bai;Tomoaki Niiyama;Akinobu Shibata;Tomotsugu Shimokawa;Nobuhiro Tsuji;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣;新山友暁，塩谷光平，下川智嗣;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣
通讯作者：
塩谷光平，新山友暁，下川智嗣

Effect of Elemental Segregation to Moving Grain Boundaries on the Driving Force in High-entropy Alloys

移动晶界的元素偏析对高熵合金驱动力的影响