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森山 潤一郎*; 山口 正剛; 高桑 脩*
Materials Today Communications (Internet), 40, p.110059_1 - 110059_9, 2024/08
被引用回数：3 パーセンタイル：29.86(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では、Fe-Cr-Ni系オーステナイト合金における多成分合金(Cr、Ni)相互作用における水素(H)溶解度を系統的に調べた。それは、溶解水素含有量の関数である強度延性バランスにおける新しい水素誘起改善を生み出すものである。第一原理計算を用いて、CrとNi原子の配置が異なるFe-Cr-Ni面心立方(FCC)三元系において、水素溶解度に直接関連する水素吸収エネルギーを解析した。その結果、隣接する八面体サイト(Oサイト)の水素吸蔵エネルギーは、両合金元素がそれぞれ独立に減少させるにもかかわらず、Cr原子とNi原子の拮抗的な相互作用が水素吸蔵エネルギーに及ぼすことを明らかにした。本研究により、拮抗的なCr-Ni相互作用を考慮することで、様々なFe-Cr-Ni系オーステナイト合金のH-溶解性を包括的に予測することが可能となった。
森山 潤一郎*; 高桑 脩*; 山口 正剛; 小川 祐平*; 津崎 兼彰*
Computational Materials Science, 232, p.112650_1 - 112650_11, 2024/01
被引用回数：11 パーセンタイル：60.16(Materials Science, Multidisciplinary)本研究ではいくつかの実用Fe-Cr-Ni基オーステナイト合金において、強度-延性バランスを改善する水素の影響に着目している。面心立方構造を持つFe-Cr-Niモデル合金の水素吸収エネルギーを第一原理計算で調べ、合金中の水素溶解度に対するFeからのCrおよびNi置換の寄与を検証した。Cr置換はNi置換に比べて水素吸収エネルギーを大幅に減少させ、Cr/Ni比の増加により高い水素溶解性を発揮することがわかった。計算で得られた傾向は、様々なCr/Ni比を持つ実用合金で以前に得られた実験結果と一致した。
原 良祐*; 山口 正剛; 高桑 脩*
no journal, ,
Ni基超合金718は、優れた強度-延性バランスと耐クリープ変形性・耐食性を有し、過酷な環境下での応用が期待される構造材料である。本研究では、析出物中の水素の状態を明らかにするために、析出硬化したNi基超合金718について第一原理計算による水素トラップエネルギーの評価を行った。さらに、制御された析出条件下で試験片の水素含有量を測定した。
森山 潤一郎*; 高桑 脩*; 小川 祐平*; 山口 正剛; 津崎 兼彰*
no journal, ,
オーステナイト系ステンレス(Fe-Ni-Cr合金)は高い水素固溶度を持つ合金であるが、近年、その強度と延性が固溶水素によって上昇するという興味深い性質が報告された。その電子・原子論的な要因を探るため、CrとNiが水素溶解度に与える影響を第一原理計算によって評価した。
森山 潤一郎*; 高桑 脩*; 山口 正剛; 小川 祐平*; 津崎 兼彰*
no journal, ,
Fe-Cr-Niを基本成分とする一部のオーステナイト系ステンレス鋼)では、固溶水素濃度の上昇に伴って水素が寸法効果では説明することが難しいほどの高い固溶強化能を発揮する。同現象の理解にはFe-Cr-Ni系における平均固溶水素濃度に加えて、局所水素濃度の把握が必要であり、平均固溶水素濃度はCr・Ni量に依存することから、これらの置換型原子と水素原子との相互作用が着目すべき重要因子であると考えられる。本研究では第一原理計算を用いて、Cr・Ni原子と水素原子との相互作用を定量化し、平均的な固溶水素濃度(占有率)とその分布への影響を評価した。
原 良祐*; 山口 正剛; 高桑 脩*
no journal, ,
Ni基超合金718は高温特性に優れる一方、水素環境下で著しい水素脆化を示す。本研究では、
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析出物および析出物/母相界面における水素トラップ特性を第一原理計算と固溶水素量測定により評価した。計算の結果、析出物内部で安定なトラップは限定的であるのに対し、析出物/母相界面が優先的な水素トラップサイトであることが示された。しかし実験では、析出状態の違いに依らず固溶水素量はほぼ一定であり、析出物が実質的に水素をトラップしていない可能性が示唆された。これら計算と実験の乖離について定量的に考察する。
森山 潤一郎*; 高桑 脩*; 山口 正剛
no journal, ,
Fe-Cr-Ni合金において、Cr, Niがそれぞれ固溶水素濃度を上昇させる効果を持ち、かつ高Cr/Ni比を持つ合金が高い水素固溶特性を示すことが近年実験的に示された。Cr, Niによる固溶水素濃度上昇は、Cr, Ni原子近傍での水素溶解エネルギー低下によって発生することが第一原理計算より明らかになってきた。一方、Cr, Niがそれぞれ水素固溶特性に与える影響の間の相互作用に関する研究はほとんど存在しない。その相互作用を第一原理計算を用いて評価した。
高桑 脩*; 森山 潤一郎*; 小川 祐平*; 山口 正剛
no journal, ,
水素は一般に金属材料の強度・延性を低下させるが、一部のFe-Cr-Niオーステナイト鋼では固溶水素により強度-延性バランスが向上することが報告されている。この強度向上は固溶強化に起因し、その量は水素固溶度に依存して固溶水素濃度とともに線形に増加する。水素固溶度は主要合金元素であるCrとNiの比に強く影響される。第一原理計算により、八面体格子間位置における水素溶解エネルギーは、格子体積変化ではなく電子状態や磁気特性といった化学的作用に支配され、特にCrが溶解エネルギーを大きく低減することが示された。DFT計算で算出した水素占有率は実験値と良好に一致し、CrとNiの拮抗的相互作用を考慮することで水素固溶度を高精度に予測可能であることが示された。本研究は、水素の有効活用に向けた合金設計指針を与える。
森山 潤一郎*; 山口 正剛; 高桑 脩*
no journal, ,
Fe-Cr-Ni合金において、Cr, Niがそれぞれ固溶水素濃度を上昇させる効果を持ち、かつ高Cr/Ni比を持つ合金が高い水素固溶特性を示すことが近年実験的に示された。Cr, Niによる固溶水素濃度上昇は、Cr, Ni原子近傍での水素溶解エネルギー低下によって発生することが第一原理計算より明らかになってきた。一方、Cr, Niがそれぞれ水素固溶特性に与える影響の間の相互作用に関する研究はほとんど存在しない。その相互作用を第一原理計算を用いて評価した。
