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論文

水素分配制御によるアルミニウム合金の力学特性最適化

戸田 裕之*; 山口 正剛; 松田 健二*; 清水 一行*; 平山 恭介*; Su, H.*; 藤原 比呂*; 海老原 健一; 板倉 充洋; 都留 智仁; et al.

鉄と鋼, 105(2), p.240 - 253, 2019/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

本レビューでは、高強度アルミニウム合金の水素脆化に関する研究活動、特に様々なトラップサイトでの水素トラップとそれによる水素脆化への影響に焦点を当てて報告する。高亜鉛濃度Al-Zn-Mg合金において、高分解能TEM法による析出物のナノ構造及び界面構造の分析や、高分解能X線マイクロトモグラフィー技術による詳細な破壊マイクロメカニズムとマイクロ構造-破壊特性関係の調査がなされ、さらに、ごく最近実現された超高分解能X線顕微鏡により特徴的な局部的変形、亀裂の発生・成長が観察されている。また、第一原理シミュレーションによる数々の水素トラップサイトのトラップエネルギー導出を元に、変形・破壊中の水素再分配が解析された。水素の再分配と3つの異なるミクロ機構による水素脆化との間の関係を論じ、水素脆化が起こるための現実的な条件を説明する。

論文

Corrosion resistance of structural materials in high-temperature aqueous sulfuric acids in thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

久保 真治; 二川 正敏; 井岡 郁夫; 小貫 薫; 山口 明久*

International Journal of Hydrogen Energy, 38(16), p.6577 - 6585, 2013/05

 被引用回数:18 パーセンタイル:45.19(Chemistry, Physical)

熱化学法水素製造法ISプロセスに用いる硫酸濃縮器や硫酸蒸発器用の構造材料は高温かつ極めて腐食性の強い環境に曝される。そこで、材料腐食試験により、セラミックス材及び耐酸金属材の耐食性を評価した。腐食環境は、温度320, 380, 460$$^{circ}$$C、圧力2MPa、濃度75, 85, 95wt%の高温液相硫酸環境とした。供試材料の重量変化から、SiC, Si-SiC, Si$$_{3}$$N$$_{4}$$)の良好な耐食性("よく耐える"と格付け)を示した。高シリコン鉄(シリコン含有20%)の耐食性は"やや耐える"であったが、断面顕微鏡観察でクラックの生成が認められた。シリコン添加耐酸鋼は激しく腐食し、腐食速度は1gm$$^{-2}$$h$$^{-2}$$であった。これら腐食試験から、硫酸濃縮器や硫酸蒸発器用の構造材料にはシリコンを含有したセラミックス(SiC, Si-SiC, Si$$_{3}$$N$$_{4}$$)が適切であることを明らかにした。

論文

Adaptability of Metallic Structural Materials to gaseous HI decomposition environment in thermochemical water-splitting iodine-sulfur process

久保 真治; 二川 正敏; 小貫 薫; 山口 明久*

Corrosion Engineering, 62(3), p.104 - 111, 2013/03

熱化学水素製造法ISプロセスの気相ヨウ化水素分解反応環境に用いる装置用金属材料の適用性を明かにするため、ヨウ化水素($$HI$$), ヨウ素($$I_2$$), 水($$H_2O$$)および水素($$H_2$$)の混合ガス環境において、連続高温ガス腐食試験による腐食速度測定,機械的性質の測定(硬度, 0.2%耐力,引張強度および伸び)を実施した。腐食環境は、モル比H$$_2$$:HI:I$$_2$$:H$$_2$$O=0.16:1:1:6, 大気圧, 450$$^{circ}$$C, 試料の暴露時間は100時間および1000時間とした。腐食速度の観点からはニッケル基合金(Hastelly C-276, MAT21, Inconel 625)が優れた耐食性を示し($$<$$0.03g m$$^{-2}$$h$$^{-1}$$),また、MAT21, Inconel 625の機械的特性に著しい低下は認められなかった。タンタルには水素脆化が認められ、ジルコニウムおよびニオブの耐食性は低かった。モリブデン,チタンの耐食性は良好であったが、モリブデンには強度低下(硬度が低下)が、チタンには水素脆化が危惧されることを見い出した。以上の結果から、本環境に対する装置用金属材料には、耐食性の観点ではニッケル基合金が適しており、特にMAT21は耐食性と機械的特性の観点から有望であることを明らかにした。

論文

熱化学水素製造法ISプロセスに用いる装置用金属材料の気相HI分解環境に対する適用性

久保 真治; 二川 正敏; 小貫 薫; 山口 明久*

材料と環境, 62(3), p.122 - 128, 2013/03

熱化学水素製造法ISプロセスの気相ヨウ化水素(HI)分解環境に用いる装置用金属材料は、高温ハロゲンガス腐食と水素脆化という厳しい環境に曝される。ヨウ化水素(HI),ヨウ素(I$$_{2}$$),水(H$$_{2}$$O)及び水素(H$$_{2}$$)の混合ガス環境に適した装置用金属材料を選択することを目的とし、連続高温ガス腐食試験による腐食速度測定、機械的性質の測定(硬度, 0.2%耐力,引張強度 及び伸び)を実施した。腐食環境は、モル比H$$_{2}$$:HI:I$$_{2}$$:H$$_{2}$$O=0.16:1:1:6、大気圧、450$$^{circ}$$C、試料の暴露時間は100時間及び1000時間とした。腐食速度の観点からはニッケル基合金(Hastelly C-276, MAT21, Inconel 625)が優れた耐食性を示し(0.03gm$$^{-2}$$h$$^{-1}$$以下)、また、MAT21, Inconel 625の機械的特性に著しい低下は認められなかった。タンタルには水素脆化が認められ、ジルコニウム及びニオブの耐食性は低かった。モリブデン,チタンの耐食性は良好であったが、モリブデンには強度低下(硬度が低下)が、チタンには水素脆化が危惧されることを見いだした。以上の結果から、本環境に対する装置用金属材料には、耐食性の観点ではニッケル基合金が適しており、特にMAT21は耐食性と機械的特性の観点から有望であることを明らかにした。

論文

Growth temperature dependence of strain relaxation during InGaAs/GaAs(0 0 1) heteroepitaxy

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 神谷 格*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Journal of Crystal Growth, 323(1), p.13 - 16, 2011/05

 被引用回数:17 パーセンタイル:82.2(Crystallography)

In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001)の分子線エピタキシャル成長中のひずみ緩和の様子をその場X線逆格子マッピングにより解析した。成長温度420, 445, 477$$^{circ}$$Cにおける残留ひずみ・結晶性の変化の様子が測定された。Dodson-Tsaoの運動学的モデルは、実験による残留ひずみの測定結果とよく一致することがわかった。さらにひずみ緩和過程における転位の運動の温度依存性の解析から、転位の運動の熱励起を議論することが可能になった。

論文

Real-time observation of anisotropic strain relaxation by three-dimensional reciprocal space mapping during InGaAs/GaAs(001) growth

鈴木 秀俊*; 佐々木 拓生*; 崔 炳久*; 大下 祥雄*; 神谷 格*; 山口 真史*; 高橋 正光; 藤川 誠司

Applied Physics Letters, 97(4), p.041906_1 - 041906_3, 2010/07

 被引用回数:30 パーセンタイル:76.37(Physics, Applied)

Real-time three-dimensional reciprocal space mapping measurement during In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001) molecular beam epitaxial growth has been performed to investigate anisotropy in relaxation processes. Anisotropies, strain relaxation, and crystal quality in [110] and [1$$bar{1}$$0] directions were simultaneously evaluated via the position and broadness of 022 diffraction. In the small-thickness region, strain relaxation caused by $$alpha$$-dislocations is higher than that caused by $$beta$$-dislocations, and therefore crystal quality along [110] is worse than that along [1$$bar{1}$$0]. Rapid relaxation along both [110] and [1$$bar{1}$$0] directions occurs at almost the same thickness. After rapid relaxation, anisotropy in strain relaxation gradually decreases, whereas crystal quality along [1$$bar{1}$$0] direction, presumably due to $$beta$$-dislocations, becomes better that along [110] direction and the ratio does not decay with thickness.

論文

In situ study of strain relaxation mechanisms during lattice-mismatched InGaAs/GaAs growth by X-ray reciprocal space mapping

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1268, 6 Pages, 2010/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01

The in situ X-ray reciprocal space mapping (in situ RSM) of symmetric diffraction measurements during lattice-mismatched InGaAs/GaAs(001) growth were performed to investigate the strain relaxation mechanisms. The evolution of the residual strain and crystal quality were obtained as a function of InGaAs film thickness. Based on the results, the correlation between the strain relaxation and the dislocations during the film growth were evaluated. As a result, film thickness ranges with different relaxation mechanisms were classified, and dominant dislocation behavior in each phase were deduced. From the data obtained in in situ measurements, the quantitative strain relaxation models were proposed based on a dislocation kinetic model developed by Dodson and Tsao. Good agreement between the in situ data and the model ensured the validity of the dominant dislocation behavior deduced from the present study.

論文

${it In situ}$ real-time X-Ray reciprocal space mapping during InGaAs/GaAs growth for understanding strain relaxation mechanisms

佐々木 拓生*; 鈴木 秀俊*; 崔 炳久*; Lee, J.-H.*; 高橋 正光; 藤川 誠司; 新船 幸二*; 神谷 格*; 大下 祥雄*; 山口 真史*

Applied Physics Express, 2, p.085501_1 - 085501_3, 2009/07

 被引用回数:34 パーセンタイル:78.52(Physics, Applied)

${it In situ}$ real-time X-ray diffraction measurements during In$$_{0.12}$$Ga$$_{0.88}$$As/GaAs(001) epitaxial growth are performed for the first time to understand the strain relaxation mechanisms in a lattice-mismatched system. The high resolution reciprocal space maps of 004 diffraction obtained at interval of 6.2 nm thickness enable transient behavior of residual strain and crystal quality to be observed simultaneously as a function of InGaAs film thickness. From the evolution of these data, five thickness ranges with different relaxation processes and these transition points are determined quantitatively, and the dominant dislocation behavior in each phase is deduced.

論文

ISプロセス装置材料の高温硫酸中での耐食性; Alloy 800, Alloy 600, SUSXM15J1, SiCの耐食性

田中 伸幸; 小貫 薫; 清水 三郎; 山口 明久*

材料と環境, 55(7), p.320 - 324, 2006/07

熱化学水素製造法ISプロセスの硫酸環境用耐食性装置材料選定の一環として、スクリーニング試験で良好な耐食性を示した材料について、おもに溶接部及び隙間部に関する最長1000時間の腐食試験を行った。850$$^{circ}$$Cの硫酸分解環境では、Alloy 800及びAlloy 600の溶接部は母材と同等の優れた耐食性を示した。95wt%硫酸沸騰環境では、SiCが耐食性に優れ、隙間部においても腐食はほとんど認められなかった。

論文

Corrosion rate evaluations of structural materials for a iodine-sulfur thermochemical water-splitting cycle

久保 真治; 二川 正敏; 田中 伸幸; 岩月 仁; 山口 明久*; 塚田 隆治*; 小貫 薫

Proceedings of 2006 International Congress on Advances in Nuclear Power Plants (ICAPP '06) (CD-ROM), 6 Pages, 2006/06

熱化学水素製造法ISプロセスは強い腐食環境で動作する。機器構造材料の腐食速度を評価するため、ブンゼン反応環境における、溶接部腐食及びすきま腐食に着目した試験を行った。タンタル及びジルコニウムの試験片を、ヨウ化水素酸にヨウ素及び硫酸を添加した腐食性溶液(大気圧、120$$^{circ}$$C)に100時間又は500時間浸漬した。腐食性溶液は、ブンゼン反応環境を模擬するため、HI濃厚溶液と硫酸濃厚溶液の二通りを用いた。試験後、試験片の重量変化から腐食速度を求めた。その結果、タンタルは、いずれの腐食性溶液に対しても良好な耐食性(0.02g/m$$^{2}$$hr以下)を示した。ジルコニウムには、HI濃厚溶液中のすきま腐食において、0.02$$sim$$0.05g/m$$^{2}$$hrと、比較的速い腐食速度が見られた。また、ジルコニウムをHI濃厚溶液に500時間浸漬した結果、孔食が観察された。

論文

熱化学法水素製造プロセス環境下における構造材料腐食層の力学特性評価

二川 正敏; 久保 真治; 涌井 隆*; 小貫 薫; 清水 三郎; 山口 明久*

実験力学, 3(2), p.109 - 114, 2003/06

熱化学法水素製造ISプロセス環境下で構造材料に形成される腐食層の力学特性を評価した。まず、4種類の金属材料(316SS,Ni-Alloy,Ti及びTa)に対して、ISプロセスのヨウ化水素分解環境を想定した条件下で100時間の腐食試験を行った結果、316SSは腐食層を形成し、Tiは粒内に水素脆化が確認されず、良好な耐食性を示すことを確認した。腐食層の評価には、微小押し込み試験法から得た押込み荷重と深さの関係に対して、逆解析を行い、ヤング率,降伏応力,加工硬化係数,加工硬化指数の変化を評価した。これより、Taについては、表層約200ミクロンまでの厚さにおいて延性の低下を示し、最大引張強度の増加及び均一伸びの減少を示すことがわかった。

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