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-base GdO
precipitations in a Mg-Zn-Gd alloy伊東 祐斗*; 江草 大佑*; 山口 正剛; 阿部 英司*
Materials Transactions, 64(8), p.2022 - 2025, 2023/08
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)走査型透過電子顕微鏡によるその場観察で、Mg
Zn
Gd
(at.%)合金を623Kで加熱すると、面心立方()系のGdナノ粒子がダイナミックに析出することを発見した。5.32
という観察された格子定数は、密度汎関数理論(DFT)計算による純粋な-Gdの5.06よりも大きいため、酸素原子が四面体の格子間サイトに部分的に挿入されているためである可能性が高いことがわかった。体系的なDFT計算により、四面体あるいは八面体の格子間サイトを占有することで、広い不定比性範囲を持つ-Gd系酸化物相が出現する可能性があり、GdOとして表現できることが分かった。
Zn
Y
alloy using X-ray photoelectron spectroscopy宮崎 秀俊*; 赤塚 達吉*; 木村 耕治*; 江草 大佑*; 佐藤 庸平*; 板倉 充洋; 高木 康多*; 保井 晃*; 小澤 健一*; 間瀬 一彦*; et al.
Materials Transactions, 64(6), p.1194 - 1198, 2023/06
被引用回数：1 パーセンタイル：54.26(Materials Science, Multidisciplinary)硬X線およびソフトX線光電子分光法、およびバンド構造計算を用いて、MgZnY合金の電子構造を調査し、この材料の相安定性のメカニズムを調べた。MgZnY合金の電子構造は、フェルミエネルギー近傍に疑ギャップを持つ半金属的な電子構造を示した。MgZnY合金の観察された電子構造は、疑ギャップ構造が相安定性に寄与していることを示唆する。
浦川 裕翔*; 江草 大佑*; 板倉 充洋; 阿部 英司*
Materials Transactions, 64(5), p.1065 - 1071, 2023/05
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)We have evaluated local elastic properties at kink boundaries in dilute Mg-Zn-Y alloys based on scanning transmission electron microscopy (STEM), first-principles calculations, and geometrical phase analysis (GPA) by measuring atomic-scale strain fields around dislocation cores. STEM observations showed that dislocations constituting kink boundaries are extended into Shockley partial dislocations by accompanying solute-enriched stacking faults (SESF). Using GPA analysis, we found that strain distributions around the partial dislocation cores are asymmetric across the Mg matrix and the SESF, showing local elastic heterogeneity. Comparison with the calculated strain field model, it is indicated that the observed asymmetric strain profiles are essentially caused by a softening of the Mg matrix. This anomalous elastic softening can be interpreted as a change in strain energy of dislocations at the kink boundary, which may contribute to the unique deformation mechanism of kink in dilute Mg alloys.
佐藤 庸平*; 江草 大佑*; 宮崎 秀俊*; 木村 耕治*; 板倉 充洋; 寺内 正己*; 阿部 英司*
Materials Transactions, 64(5), p.950 - 954, 2023/05
被引用回数：1 パーセンタイル：54.26(Materials Science, Multidisciplinary)ミルフィーユ構造(MFS)を持つ希釈Mg-Zn-Y合金は、キンク変形を介して長周期積層順序(LPSO)構造を持つMg-Zn-Y合金と同等の機械強度を示す。MFSタイプのMg合金の熱安定性をより深く理解するためには、溶質濃化積層欠陥(SESFs)中のZnおよびYからなる溶質クラスター構造を明確にする必要がある。走査透過型電子顕微鏡(STEM-EELS/EDS)に基づく電子エネルギー損失およびエネルギー分散X線分光法で、MFS-Mg合金のSESFs中のZnおよびYの電子構造と組成を調べた。Zn-L2,3スペクトルは、希釈Mg合金中のZnの価電子電荷がLPSO型Mg-Zn-Y合金と異なることを示した。さらに、希釈MFS-Mg合金のY-L2,3スペクトルのL3/L2の強度比は、LPSO-Mg合金よりも大きく、これはY原子の4d3/2および4d5/2軌道の電子占有がLPSO-Mg合金と異なることを反映している。希釈MFS-Mg合金のSESF組成のSTEM-EELS解析は、Zn/Y比がLPSO-Mg合金よりも低いはずであることを示し、これはSTEM-EDS測定によっても確認された。これらの結果は、希釈MFS-Mg合金のSESFs中のクラスター構造が、LPSO型Mg-Zn-Y合金の理想的なZn6Y8クラスターとは異なるはずであることを示している。
板倉 充洋; 山口 正剛; 江草 大佑*; 阿部 英司*
Materials Transactions, 64(4), p.813 - 816, 2023/04
被引用回数：2 パーセンタイル：54.26(Materials Science, Multidisciplinary)Kink boundaries formed in Mg-based long period stacking order (LPSO) alloys play a key role in strengthening of these materials. As the kink structure grows, many high-angle kink boundaries are eventually formed which has inclination angle close to 34 degrees. We show that this peculiar structure is a result of irreversible structural transformation and is energetically stable. We also calculate segregation energies of alloying elements Y and Zn to this boundary. Finally, the critical resolved shear stress for the migration of kink boundary is estimated for a pure-Mg kink and that with saturated with segregation. We show that segregated kink boundary requires very high shear stress about 700 MPa for migration.
-Mg alloys based on peak asymmetry analysis江草 大佑*; 眞鍋 怜*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 佐藤 成男*; 阿部 英司*
Materials Today Communications (Internet), 31, p.103344_1 - 103344_6, 2022/06
被引用回数：8 パーセンタイル：66.14(Materials Science, Multidisciplinary)Based on X-ray diffraction analysis we attempt to quantify a volume fraction of stacking faults, which are essentially enriched by solute elements (solute-enriched stacking faults; SESFs) in Mg-Zn-Gd alloys with a hexagonal-close-packed () structure. We find that the SESFs with a local face-center-cubic stacking mostly occurs as a limited thickness less than several unit-cell dimensions, causing anisotropic broadening of the diffraction peaks including 
-component. By dealing the SESFs as intergrowth-like precipitates, we have successfully decomposed the asymmetric peak profile into the -matrix and the SESF peaks, by which the relevant volume fractions can be estimated in a highly quantitative manner.
板倉 充洋; 山口 正剛; 江草 大佑*; 阿部 英司*
Acta Materialia, 203, p.116491_1 - 116491_9, 2021/01
被引用回数：23 パーセンタイル：88.82(Materials Science, Multidisciplinary)シンクロ型長周期積層(LPSO)合金において溶質原子クラスタはキンク変形やキンク強化といった特異な塑性に中心的役割を果たす。強化機構を解明にはその原子構造を決定することが必須であるが、クラスタに含まれる格子間原子に関して不明な点が残っていた。本研究では第一原理計算によりクラスタが形成される過程を詳細に調べ、その成長過程で中心付近にある原子が自発的に格子間原子となり、同時に空孔が形成されることを示した。これにより実験で不明であった格子間原子の種類と割合が決定された。更に自発的な空孔形成はこれまで金属材料では知られていない現象であり、これによってLPSO構造の形成が加速されていることを初めて示した。
板倉 充洋; 山口 正剛; 江草 大佑*; 阿部 英司*
no journal, ,
シンクロ型長周期積層(LPSO)合金において溶質原子クラスタはキンク変形やキンク強化といった特異な塑性に中心的役割を果たす。強化機構を解明にはその原子構造を決定することが必須であるが、クラスタに含まれる格子間原子に関して不明な点が残っていた。本研究では第一原理計算によりクラスタが形成される過程を詳細に調べ、その成長過程で中心付近にある原子が自発的に格子間原子となり、同時に空孔が形成されることを示した。これにより実験で不明であった格子間原子の種類と割合が決定された。更に自発的な空孔形成はこれまで金属材料では知られていない現象であり、これによってLPSO構造の形成が加速されていることを初めて示した。
江草 大佑*; Zhao, Y.*; 斉藤 光*; 波多 聰*; 板倉 充洋; 阿部 英司*
no journal, ,
LPSO(long period stacking/order)相などの層状構造を含むMg合金は温間加工の適用により強度が著しく向上する。その要因として、結晶回転を伴う特異な変形様式であるキンク変形の活動が影響すると考えられている。キンク変形は双晶変形・マルテンサイト変態などと異なり特定の格子対応を取らず、界面における結晶方位差に相当するマクロな結晶回転を伴う。また、Rank-1接続に基づく考察より、キンクが導入された変形組織では変位の連続性は必ずしも担保されず、弾性的な結晶回転(回位)による緩和機構の存在が示唆されている。回位を伴う緩和構造については、ナノ微粒子などで実験的に観察されているが、バルク材料においては強加工材での事例を除いて報告されていない。本研究では、収差補正電子顕微鏡を用いた高分解能直接観察およびトモグラフィ観察を用いて、層状構造(ミルフィーユ型構造: MFS)を有するMg合金中に形成されたキンク界面を三次元的に解析し、回位を含めたキンク界面近傍の局所構造を明らかにすることを目的とした。
日吉 憲祐*; 江草 大佑*; 山口 正剛; 阿部 英司*
no journal, ,
6000系アルミニウム合金は、加工性や耐食性に優れ、熱処理による時効硬化を発現することから、自動車材への適用が近年拡大している。その析出相は合金組成や熱処理に応じて変化することが知られているが、その詳細はよく分かっていない。本研究は、アルミニウム合金中のMg-Siクラスタ析出挙動について、実験観察とクラスタ形成シミュレーションを用いて検討を行った。
伊東 祐斗*; 江草 大佑*; 山口 正剛; 阿部 英司*
no journal, ,
LPSO型マグネシウム合金のような異方性材料では、キンク変形が発生することが知られている。キンク変形によって材料の強度だけでなく延性も高められ、それは「キンク強化」と呼ばれている。キンクの形成機構は現象論的に提案されているが、その詳細はまだ不明である。本研究では一般化積層欠陥エネルギーを第一原理計算により計算し、一軸圧縮応力下における六方晶純マグネシウムの転位運動の異方性を調べた。その結果、圧縮方向に依存して臨界分解せん断応力は著しい異方性を示し、すべり系の一部が優先的に運動している可能性が示唆された。
板倉 充洋; 山口 正剛; 江草 大佑*; 阿部 英司*
no journal, ,
Kink boundaries formed in Mg-based long period stacking order (LPSO) alloys play a key role in strengthening of these materials. As the kink structure grows, many high-angle kink boundaries are eventually formed which has inclination angle close to 34 degrees. We show that this peculiar structure is a result of irreversible structural transformation and is energetically stable. We also calculate segregation energies of alloying elements Y and Zn to this boundary. Segregation energy is greater for Zn case and the maximum value is about 0.7 eV. Finally, the critical resolved shear stress for the migration of kink boundary is estimated for a pure-Mg kink and that with saturated with segregation. We show that segregated kink boundary requires very high shear stress about 700 MPa for migration. Kink structure shows apparent asymmetry with respect to the boundary. This asymmetry is induced by irreversible relaxation of the boundary structure. Stress-strain relation for the applied shear stress acting on the kink boundary indicates that without solute atoms, the critical resolved shear stress (CRSS) for boundary migration is about 400 MPa, whereas saturation of solute atoms increases the CRSS to about 700 MPa. In the actual LPSO structure where hard solute clusters prevent local shuffling of atoms, the CRSS for boundary migration should be much higher and expected to be irrelevant to plastic deformation.
伊東 祐斗*; 江草 大佑*; 山口 正剛; 阿部 英司*
no journal, ,
長周期積層規則構造相を含むMg合金は、ひずみを加えることで、キンク変形組織を形成し高強度化するが、その機構は不明である。本研究では、hcp金属を対象に第一原理計算により導出される一般化積層欠陥エネルギー(GSFE: Generalized Stacking Fault Energy, 通称 
-surface)を用いて、一軸圧縮応力下におけるせん断変形の異方性を検証することで、hcp構造の変形機構の理解を深め、キンク変形現象に与える影響を検討することを目的としている。今回はhcp-Mgについて、最密面内方向に一軸圧縮した状態における最密面内方向へのすべりを第一原理計算を用いて検証した。圧縮によって本来等価なすべり方向に異方性が現れたが、この挙動は剛体球的なモデルと一致することが分かった。
伊東 祐斗*; 江草 大佑*; 山口 正剛; 阿部 英司*
no journal, ,
マグネシウム-遷移金属-希土類合金のキンク変形は、最密充填面方向への圧縮によって生じるが、そのメカニズムは不明である。本研究では、hcp金属の変形機構をより深く理解するために、密度汎関数法で計算したGeneralized Stacking Fault Energy(GSFE)を用いて、hcp金属を最密充填面方向に圧縮した場合の理想せん断強度を検証した。Mgの最密充填面における理想剪断応力の圧縮に伴う変化は、非常に単純な仮定によるモデルでよく説明できるが、他の金属ではそうではなかった。これは金属元素の電子配置に起因していると考えられた。
伊東 祐斗*; 江草 大佑*; 山口 正剛; 阿部 英司*
no journal, ,
HCP金属の中でも高いc/a比を示すZnやCdでは、主すべり系が抑制された条件において、キンク変形と呼ばれる結晶回転を伴う特異な変形モードが発現する。キンク変形については転位の集団的な再配列による形成モデルが提案されているが、その詳細は明らかとなっていない。本研究ではキンク変形の発現が確認されている底面内方向の一軸圧縮下でのHCP金属を対象として、第一原理計算を用いてフォノン分散関係を評価するとともに、転位の特性評価に重要と考えられる一般化積層欠陥エネルギーについて検証した。
三枝 祐; 西野 紗樹; 堀江 幸次; 谷田部 仁史; 山田 貴史; 大山 大輔; 内田 直樹
no journal, ,
東海再処理施設の分離精製工場に貯蔵されている使用済燃料は、施設の廃止措置に伴い、国外の再処理施設への全量搬出を予定している。使用済燃料の搬出にあたっては、使用済燃料の受入時に使用していた湿式輸送容器ではなく、新たに乾式輸送容器を製作して使用するため、今後、湿式輸送容器の設備(カスクアダプタ、吊具等)の使用予定はない。また、これら設備は使用済燃料の搬出経路上にあるため、輸送容器と干渉する可能性があった。そこで使用済燃料の搬出に向けた準備作業として、これら受入貯蔵工程設備の解体作業を実施した。解体作業では、一般的に用いられているダイヤモンドワイヤーソー、チップソー、セーバーソー等の中から解体対象設備の寸法・形状、汚染状況、作業性等を精査した上で切断機器を選定し、火災対策、汚染防止対策等の作業における安全対策を講じた上で実施し、計画通りに解体作業を完了した。
伊東 祐斗*; 江草 大佑*; 山口 正剛; 阿部 英司*
no journal, ,
hcp金属の中でも高いc/a比を示すZnやCdでは、底面内方向圧縮下での底面すべりが抑制された条件において、結晶回転により特徴づけられるキンク変形が発現する。キンク変形は独立なすべり系が限られるhcp構造の塑性変形を補うとともに、一部のMg合金においては高強度化に寄与することから近年注目されているが、変形機構の詳細は明らかなっていない。本研究ではhcp金属を対象として、底面すべりが抑制される一軸圧縮条件における構造安定性について、第一原理計算によるPhonon分散関係および一般化積層欠陥エネルギー(GSFE)を用いて評価し、キンク変形機構の理解を深める。
