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Zhou, L.*; Zhang, H.*; Qin, T. Y.*; Hu, F. F.*; 徐 平光; Ao, N.*; Su, Y. H.; He, L. H.*; Li, X. H.*; Zhang, J. R.*; et al.
Metallurgical and Materials Transactions A, 11 Pages, 2024/00
被引用回数：0High-speed railway S38C axles undergo surface induction hardening for durability, but are susceptible to fatigue cracks from foreign object impact. The neutron diffraction method was employed to measure the residual strain in S38C axles, obtaining microscopic lattice distortion data, for the gradient layer at a depth of 8 mm under the surface. The results showed that after induction-hardening, the microscopic lattice distortion had a gradient distribution, decreasing with the distance from the surface. However, in the case of impacting speed of 600 km/m, the average microscopic lattice distortion increased with the distance from the surface, reaching a maximum augmentation of 55 pct. These findings indicate a strong experimental basis, and improve our understanding of the relationship between macroscopic residual stress and decision-making, in regard to operation and maintenance.
山口 正剛; 海老原 健一; 都留 智仁; 板倉 充洋
Materials Transactions, 64(11), p.2553 - 2559, 2023/11
被引用回数：1 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)アルミニウム合金中のMgZn
析出物とMgSi晶出物の非整合界面における水素トラップエネルギーを第一原理計算から計算することを試みた。非整合界面を含む単位胞は周期境界条件を満たさず、結晶ブロックが不連続になるため、不連続領域(真空領域)から離れた領域で水素トラップエネルギーを計算した。その結果、この原子論的配置を仮定した非整合界面では、水素原子のトラップエネルギーがかなり大きいことがわかった。また、アルミニウム母相中のMgSiの非整合界面における水素トラップによる凝集エネルギーの減少についても予備的計算を行った。
池田 陽一*; 梅本 好日古*; 松村 大樹; 辻 卓也; 橋本 勇輝*; 北澤 崇文*; 藤田 全基*
Materials Transactions, 64(9), p.2254 - 2260, 2023/09
被引用回数：0Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) and neutron diffraction experiments were carried out to clarify the typical features of the local structure of a family of medium-entropy alloys (CrCoNi, MnCoNi, and FeCoNi). A simple random cluster model was constructed for analyzing EXAFS spectra, and static and dynamic components of the mean-square relative displacement (MSRD) were separately extracted. In our analysis, the static MSRD of the MnCoNi sample was slightly larger than those of the CrCoNi and FeCoNi samples, whereas the dynamic MSRDs of these samples were almost identical. Based on the complementary neutron diffraction data, we argued that the origin of the large static displacement in the MnCoNi alloy can be associated with a short-range structural transformation through long-term structural relaxation.
-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。
栗原 健輔*; Lobzenko, I.; 都留 智仁; 芹澤 愛*
Materials Transactions, 64(8), p.1930 - 1936, 2023/08
Al-Mg-Si合金で形成されたナノクラスターは、形成温度に応じて合金の時効挙動に影響を与える。本研究では、第一原理計算を用いて、Mg、Si原子、およびAlマトリックス中の空孔間の2体および3体相互作用を評価し、ナノクラスターの形成に対する局所結合構造の影響を評価した。まず、モンテカルロ計算を行い、Al-Mg-Si合金で形成されたナノクラスターの安定した構造を評価した。Alマトリクス中ではMg-Si結合とSi-Vac結合が安定していることが確認された。その結果、Al中の溶質原子は異種元素が凝集しやすく、Si原子は空孔と強い引力相互作用を持っていることがわかった。また、Al中のMg-Si空孔三体結合は、Mg-Si二体結合およびSi空孔二体結合よりも安定であることがわかった。したがって、MgとSi原子からなる安定した局所結合により、空孔はクラスター領域内に強くトラップされると考えられる。これは、Alマトリックス内のナノクラスターが溶質原子と空孔の間の安定した結合によって熱的に安定化されることを示している。これらの結果は、ナノクラスターの内部結合が、熱安定性だけでなく、低温での時効中のナノクラスターの形成と成長挙動にも重要な役割を果たすことを示唆している。
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。
muon spin relaxation method and first-principles calculations都留 智仁; 西村 克彦*; 松田 健二*; 布村 紀男*; 並木 孝洋*; Lee, S.*; 髭本 亘; 松崎 禎市郎*; 山口 正剛; 海老原 健一; et al.
Metallurgical and Materials Transactions A, 54(6), p.2374 - 2383, 2023/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)高強度Al合金の水素脆化感受性は、Al合金の実用化において重要な課題として認識されているが、水素のトラップまたは分布の特定は困難であった。本研究では、実験とシミュレーションに基づいた効果的なアプローチにより、Al合金中の潜在的なトラップサイトを探索することを提案する。Al-0.5%Mg, Al-0.2%Cu, Al-0.15%Ti, Al-0.011%Ti, Al-0.28%V, Al-0.015%V (at.%)に対して、5から300Kの温度範囲でゼロフィールドミュオンスピン緩和実験が行われた。双極子場の幅の温度変化から、Al-0.5%Mgに3つのピーク、Al-0.2%Cuに4つのピーク、Al-0.011%TiとAl-0.015%Vに3つのピークがあることが明らかにされた。観測されたピークに対応するミュオントラップサイトの原子配置は、溶質及び溶質-空孔ペア周りの水素のトラップエネルギーに対する第一原理計算を用いてよく同定された。ミュオンピーク温度とトラップエネルギーの間に線形関係が抽出されたことにより、Al合金において水素と強い結合エネルギーを持つ合金元素とその複合体の可能性を探ることができる。
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/LPSO dual-phase magnesium alloy monitored by 
neutron diffractionHarjo, S.; Gong, W.; 相澤 一也; 川崎 卓郎; 山崎 倫昭*; 眞山 剛*; 河村 能人*
Materials Transactions, 64(4), p.766 - 773, 2023/02
被引用回数：4 パーセンタイル：90.35(Materials Science, Multidisciplinary)To elucidate the effect of extrusion ratio in hot-extrusion on the deformation behavior during compression of MgZnY alloy containing about 25-vol% long-period stacking ordered phase (LPSO) in the HCP structured matrix (Mg), neutron diffraction measurements were performed under compressive loading using four types of samples: as-cast and after hot extrusion at 623 K with extrusion ratios of 5.0, 7.5 and 12.5. The macroscopic yielding was observed to appear by the occurrence of basal slip of Mg in the as-cast sample and at the onset of twinning in the hot extruded samples. The applied stress to initiate slip, twinning, and kinking increased by hot extrusion and then decreased with increasing extrusion ratio. LPSO shared higher stress than Mg and the ratio to the strength increased as the extrusion ratio increased.
佐々木 宏和*; 秋谷 俊太*; 大場 洋次郎; 大沼 正人*; Giddings, A. D.*; 大久保 忠勝*
Materials Transactions, 63(10), p.1384 - 1389, 2022/10
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)Copper-Nickel-Silicon (Cu-Ni-Si) alloys have excellent electric conductivity and mechanical properties due to nanosized Nickel-Silicon precipitates dispersed in Copper matrix. In this study, small-angle X-ray scattering (SAXS), small-angle neutron scattering (SANS), and atom probe tomography were used to characterize the Ni-Si precipitates for further improvement of Cu-Ni-Si alloys. We obtained nanostructural information about the size, shape, chemical composition, and their changes during heat treatment.
石島 暖大; 上野 文義; 阿部 仁
Materials Transactions, 63(4), p.538 - 544, 2022/04
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)核燃料再処理機器に使用されているタンタルについて、除染作業での使用が想定される水酸化ナトリウム溶液における腐食挙動の時間依存性を浸漬腐食試験により調査し、経時変化の機構について表面観察および電気化学測定結果から検討した。浸漬腐食試験についてNaOH濃度は1から7mol/L、浸漬時間はそれぞれ、24から168hrとし、室温で行った。腐食速度はNaOH濃度とともに増加するが、浸漬時間によりピークを示しその後減少した。ピークまでの時間はNaOH濃度が高いほど短時間であった。浸漬腐食試験後に洗浄・秤量を行った試料表面のSEMおよびラマン分析では皮膜の生成はみられなかった。一方、分極抵抗は浸漬直後から減少した後に一定値あるいは増加を示した。分極抵抗の経時変化は腐食速度の変化と同じ挙動を示し、また分極抵抗の値は皮膜抵抗と電荷移動抵抗の和とおおよそ一致することから、腐食速度の経時変化は浸漬による皮膜生成に影響を受けることが示唆された。皮膜は主としてTaの溶解により生成するNa
Ta
O
であると考えられた。
TEM observation and MD simulation of frank partial dislocation climbing in Al-Cu alloyChen, J.*; 吉田 健太*; 鈴土 知明; 嶋田 雄介*; 井上 耕治*; 今野 豊彦*; 永井 康介*
Materials Transactions, 63(4), p.468 - 474, 2022/04
被引用回数：1 パーセンタイル：17.21(Materials Science, Multidisciplinary)高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)を用いてその場電子照射により、アルミニウム-銅(Al-Cu)合金のフランクループの発達を0.12nmの原子スケールの空間分解能で視覚化した。FCC-Al格子の[110]方向に沿ったその場HRTEM観察では、固有の積層欠陥の境界となるフランク部分転位は、純Al参照サンプルの場合とは異なり、
112
方向に沿って非対称の上昇を示した。この時の弾き出し損傷率は0.055-0.120dpa/sであった。分子動力学シミュレーションによって、この部分転位の非対称上昇はギニア-プレストンゾーン(GPゾーン)でのCu-Cu結合によるピン止め効果として説明された。
斉藤 淳一; 小林 洋平*; 澁谷 秀雄*
Materials Transactions, 62(10), p.1524 - 1532, 2021/10
被引用回数：5 パーセンタイル：41.35(Materials Science, Multidisciplinary)高速炉の冷却材である液体ナトリウムの新規技術の創出の一環として、液体ナトリウムの濡れ性制御の研究開発を実施しており、本発表はその基礎的研究として、純金属の液体ナトリウムと液体錫の濡れ性を接触角により評価した。また、界面の原子間相互作用を界面クラスターモデルを用いて分子軌道法により理論計算した。その結果、界面の原子間結合力と濡れ性には相関があることが明らかになった。この知見は今後、ナトリウム濡れ性を制御するうえで、重要な情報となる。
矢野 康英; 丹野 敬嗣; 大塚 智史; 皆藤 威二; 鵜飼 重治*
Materials Transactions, 62(8), p.1239 - 1246, 2021/08
被引用回数：5 パーセンタイル：41.35(Materials Science, Multidisciplinary)FeCrAl-ODS鋼被覆管を製作し、その被覆管の熱時効の影響を調査するために、450
C,5000時間と15000時間の熱時効後に、硬さ試験,リング引張試験,TEM観察を実施した。全てのFeCrAl鋼被覆管で熱時効硬化が確認され、延性低下を伴う顕著な強度上昇も生じた。熱時効硬化挙動は(Ti, Al)リッチ相(
'相)析出とAl7wt%未満の場合は'相析出も起因していると考えられる。同様の組成をもつFeCrAl-ODS鋼を比較した場合、再結晶材と未再結晶材で熱時効硬化は生じるが、後者は延性低下を伴わないことが明らかになった。この挙動の差は、結晶粒界,転位密度,試験片作製方向の影響が起因していると考えられる。本研究は、文部科学省の原子力システム研究開発事業による委託業務として、北海道大学が実施した平成25
28年度「事故時高温条件での燃料健全性確保のためのODSフェライト鋼燃料被覆管の研究開発」の中で北海道大学からの委託により原子力機構が実施した研究成果である。
Zhao, C.*; 鈴土 知明; 外山 健*; 西谷 滋人*; 井上 耕治*; 永井 康介*
Materials Transactions, 62(7), p.929 - 934, 2021/07
被引用回数：3 パーセンタイル：25.78(Materials Science, Multidisciplinary)Fe中のCuの拡散係数をこれまで測定されていなかった低い温度領域で測定することに成功した。拡散係数を測定する一般的な方法である拡散カップルは高温でしか適用できないため、本研究ではアトムプローブとCu析出の反応速度論を用いた。推定された拡散係数は、以前の研究で得られたものよりも信頼性が高いことが分かった。よって、アトムプローブによる推定がより高い精度をもたらしたと考えられる。さらに、この方法によって推定された拡散係数は、温度の低下に伴い多少オーバーエスティメイトされる傾向があることが、キネティックモンテカルロシミュレーションで明らかになった。
大谷 恭平; 塚田 隆; 上野 文義
Materials Transactions, 62(6), p.763 - 769, 2021/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Materials Science, Multidisciplinary)本研究では、低合金鋼上に気液交番環境下で形成された鉄さび層を、断面観察および分析により調査し、気液交番環境下での低合金鋼の腐食加速機構を明らかにした。断面観察および分析より、赤さび層(FeOOH),クラスト層(Fe
O
),内部結晶(FeO)、および内部鉄さび層からなる多層の鉄さび層が低合金鋼上に形成されたことがわかった。この多層鉄さび層が酸素の還元反応を加速したことにより、低合金鋼の腐食速度が加速されたと考えられる。
大谷 恭平; 坂入 正敏*
Materials Transactions, 62(6), p.815 - 820, 2021/06
被引用回数：3 パーセンタイル：25.78(Materials Science, Multidisciplinary)グルコン酸ナトリウムの軟鋼の腐食抑制能力に及ぼす溶液中の金属カチオンの相乗効果を、「カチオンの腐食抑制効果」を表すパラメータYに着目して、浸漬試験及び電気化学試験により定量的に検討した。その結果、モデル淡水中の金属カチオンのY値の増加に伴い、グルコン酸塩の腐食抑制能力が向上することが明らかになった。また、電気化学的及び表面分析の結果、グルコン酸塩配位子とY値の大きい金属カチオンが軟鋼に欠陥の少ない保護膜を形成していることが明らかになった。
山口 正剛; 板倉 充洋; 都留 智仁; 海老原 健一
Materials Transactions, 62(5), p.582 - 589, 2021/05
被引用回数：13 パーセンタイル：73.14(Materials Science, Multidisciplinary)アルミニウム結晶中のらせん転位および刃状転位の水素トラップエネルギーを第一原理から計算した。詳細な計算条件を記述した。トラップ可能なあらゆるサイトを調べ尽くすことは計算時間の制約上困難であるが、計算した範囲内においてはらせん転位は最大で0.11eV/atom、刃状転位では最大で0.18eV/atomというトラップエネルギーが得られた。実験値との際について議論した。
