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比嘉 良太*; 藤原 比呂*; 戸田 裕之*; 小林 正和*; 海老原 健一; 竹内 晃久*
軽金属, 73(11), p.530 - 536, 2023/11
Al-Zn-Mg合金において、その強度向上には水素脆化の抑制が必要である。本研究では、X線CTから得られた3次元多結晶微細構造データに基づくモデルによる結晶塑性有限要素法及び水素拡散解析を用いて、実際の破断領域における応力、ひずみ及び水素濃度の分布を調べた。さらに、引張試験のX線CTによるその場観察とシミュレーションを組み合わせて、応力、ひずみ、水素濃度の分布と実際のき裂発生挙動を比較した。その結果、結晶塑性に起因する粒界に垂直な応力負荷が主に粒界き裂発生を支配することが明らかになった。また、結晶塑性に起因する内部水素の蓄積は、き裂発生にほとんど影響しないことがわかった。
三ツ井 誠一郎
金属, 93(3), p.211 - 218, 2023/03
地層処分研究開発の一環として、地層処分で想定される現象に類似した、天然類似現象(ナチュラルアナログ)を対象とする研究、「ナチュラルアナログ研究」が実施され、地層処分で想定される現象の予測モデルの概念や評価手法の妥当性の検証に利用されている。日本原子力研究開発機構が実施してきた金属製遺物を対象としたナチュラルアナログ研究の成果を通じ、出土金属製遺物から得られる知見を地層処分研究開発にどのように活用しているかを紹介する。
栗原 健輔*; Lobzenko, I.; 都留 智仁; 芹澤 愛*
軽金属, 72(7), p.427 - 429, 2022/07
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。Al, MgおよびSiは原子番号が隣接しているためX線回折法を用いた分析が困難であることから、近年では、Siを同族元素のGeに置換したAl-Mg-Ge合金を用いた析出物の構造解析が試みられている。本研究では、密度汎関数理論に基づいた第一原理計算を用いてAl-Mg-Si合金およびAl-Mg-Ge合金における溶質原子および空孔間の相互作用を定量的に評価し、溶質原子および空孔間における結合の安定性の観点から両合金における析出挙動について比較検討した。
栗原 健輔*; Lobzenko, I.; 都留 智仁; 芹澤 愛*
軽金属, 72(2), p.47 - 53, 2022/02
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、モンテカルロシミュレーションを行い、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マトリックス中では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。
Harjo, S.
金属, 91(3), p.221 - 227, 2021/03
中性子回折は、金属構造部品内の残留応力測定のために今まで主に認識されていたが、パルス中性子による飛行時間法および高分解能実験装置の実現によって、応力の情報に加えて集合組織,転位密度,相変態などの金属組織の情報を抽出することが可能になってきた。さらに、高出力パルス中性子源の実現によって、これらの金属組織情報をin situで測定することができて金属材料の変形機構、製造プロセス中の現象などの解明に応用可能である。
斉藤 淳一; 小林 洋平*; 澁谷 秀雄*
日本金属学会誌, 85(3), p.110 - 119, 2021/03
被引用回数：1 パーセンタイル：8.06(Metallurgy & Metallurgical Engineering)Wettability of pure transition metals with liquid sodium or liquid tin has been evaluated using a contact angle droplet method. Titanium, iron, nickel, copper and molybdenum pure metals were selected as specimens in this experiment. All experiments were carried out in high purity argon gas and extremely low moisture to avoid influence of oxygen to liquid metal. Measurement temperature was set just above the melting temperature of each liquid metal. As a result, for both liquid sodium and liquid tin, the measured contact angle changed depending on the atomic number of substrate metals. An electronic structure of the interface between liquid metal and substrate metal was calculated by the molecular orbital method. Simple cluster models of the interface between liquid metal and substrate transition metals were used in this calculation. It was found that the calculation results well express an electronic state of interface. The atomic bonding between liquid metal atom and substrate metal atom changed depending on the kind of substrate metal. Also, the atomic bonding between substrate metal atoms changed similarly. It became clear that there was a reasonable relationship between an atomic bonding ratio and the contact angle. It clearly suggested the atomic bonding affected wettability between liquid metal and substrate metal. The atomic bonding was obtained as one of indications to reveal the wettability by transition metals with liquid metals.
都留 智仁
軽金属, 70(2), p.73 - 81, 2020/02
希少元素の代替材料開発は元素戦略の重要な研究であり、原子・電子構造に立脚した構造材料に対する強さとねばさの両立に向けた取り組みが推進されている。本稿では、転位論および破壊力学理論に第一原理計算を応用する枠組みを構築し、合金化による機械特性への影響を非経験的に評価するための合金設計手法を提案した。そして、具体的な対象として、マグネシウム合金の延性向上のメカニズムと合金設計指針について応用を行った結果について紹介する。本論文は、これまでの一連の成果として、軽金属学会会報「軽金属」の解説記事として紹介される。
清水 一行*; 林田 洋寿*; 戸田 裕之*; 甲斐 哲也; 松本 吉弘*; 松本 佳久*
日本金属学会誌, 83(11), p.434 - 440, 2019/11
被引用回数：1 パーセンタイル：6.23(Metallurgy & Metallurgical Engineering)Neutron imaging experiment was performed to visualize the distribution of solute hydrogen in an Al-10.1%Zn-1.2%Mg alloy and a pure palladium after hydrogen charging. Changes in the contrast of neutron transmission images caused by hydrogen were clearly observed in a palladium. In the wavelength range of 2-3 AA and 5-13.5 AA, the mean neutron transmission around the center of a hydrogen-charged palladium were 0.692 and 0.511, respectively. The hydrogen content in a palladium was estimated to be 10.8 mol% from the measured neutron transmission. This study has demonstrated that hydrogen content can be analyzed by considering the wavelength dependence of neutron intensity. On the other hand, hydrogen could not be observed from the neutron transmission image in Al-Zn-Mg alloys. This was due to the low hydrogen content, which was mass ppm level even after hydrogen charging, and statistical precision was not sufficient to discuss the amount of hydrogen of the mass ppm order.
羽成 敏秀; 川端 邦明
金属, 89(7), p.582 - 588, 2019/07
日本原子力研究開発機構では、福島第一原子力発電所の廃炉作業を推進するために、廃炉作業に必要な遠隔技術の開発および遠隔操作習熟訓練の支援を目的とする楢葉遠隔技術開発センターを整備して2016年4月より運用を開始している。本稿では、楢葉遠隔技術開発センターの取り組みについて紹介する。
小川 渉*; 菖蒲 敬久; 筧 瑞恵*; 鞍谷 文保*; 小出 俊雄*; 文殊 義之*; 水田 泰次*
日本金属学会誌, 83(4), p.128 - 135, 2019/04
被引用回数：2 パーセンタイル：6.23(Metallurgy & Metallurgical Engineering)シンバルは、他の楽器に比べて構造が単純な打楽器である。したがって、演奏者の技量よりも基本的には素材構成が音質や減衰時間を決定する。本研究では、チタン,ジルコニウム、および鉄が添加されたシンバルの標準試料を準備し、シンクロトロン放射光X線による回折パターンの違いから、様々な製造工程で作製されたシンバルの結晶構造を解析し、使用された材料や製造工程に起因する結晶構造と減衰の関係を調査した。その結果、結晶構造の変化は製造工程によるものであることがわかった。また、シンバルの音の減衰にも影響することが明らかになった。
山口 正剛; 都留 智仁; 海老原 健一; 板倉 充洋
軽金属, 68(11), p.588 - 595, 2018/11
アルミニウム合金中の水素が力学特性に与える影響を把握するには、水素の存在状態を理解することが必要である。そのため、アルミニウム中のポア内表面における水素解離吸着とそれによる表面エネルギー低下について、統計熱力学的取り扱いとともに、第一原理計算や実験データを参考にした具体的な数値データを示した。理想気体からのずれも取り入れた。実験的には不明な解離吸着エネルギーが0.0-0.1eV/atomHの範囲とすると、室温で圧力100MPaの高圧水素ガスに対して、表面吸着占有率は0.08-0.8程度、表面エネルギー低下は1-13%程度になるという見積り結果となった。
海老原 健一; 山口 正剛; 都留 智仁; 板倉 充洋
軽金属, 68(11), p.596 - 602, 2018/11
水素脆化は応力腐食割れの原因の1つとして考えられている。鉄鋼材料と同様に高強度アルミニウム合金の開発では水素脆化は重大な問題となっている。アルミニウム合金における水素脆化の研究は鉄鋼材料における水素脆化機構の解明に示唆を与えると考えられる。水素脆性を理解するためには、合金中の水素トラップ状態を知ることは避けられず、それは水素の熱脱離分析法を用いて同定することができる。本研究では、円筒状試料および板状試料について報告されたアルミニウム中の水素の熱脱離スペクトルを数値シミュレーションし、それらに含まれる脱離ピークをトラップサイト濃度およびトラップエネルギーに基づいて解釈した。その結果、最低温度側の脱離ピークは粒界から生じることが明らかとなり、他の脱離ピークは報告された解釈が合理的であることが確認された。さらに、試料を加熱する過程で転位や空孔のトラップサイト濃度が変化する可能性を示す結果を得た。この結果は、鉄鋼材料において昇温脱離曲線から水素トラップ状態を解釈する上で有意な示唆を与えるものである。
C溶融混合物の系統的な粘度測定を目指したニッケルおよびステンレス鋼の粘度測定小久保 宏紀*; 西 剛史*; 太田 弘道*; 山野 秀将
日本金属学会誌, 82(10), p.400 - 402, 2018/09
被引用回数：7 パーセンタイル：36.72(Metallurgy & Metallurgical Engineering)ナトリウム冷却高速炉のシビアアクシデント評価手法の改良のため、ステンレス鋼と炭化ホウ素(SUS316L+BC合金)で構成される溶融混合物の粘度を取得することは重要である。本研究では、最初の段階として粘度計測装置の性能確認のため、溶融ニッケル(Ni)とステンレス鋼(SUS316L)の粘度を、るつぼ回転振動法により計測することにした。溶融NiとSUS316Lの粘度は1823Kまでを測定した。測定値のバラつきから、溶融NiとSUS316Lの測定誤差はそれぞれ
4%と3%であった。また、溶融NiとSUS316Lの測定値は同様の組成をもつ文献値に近いことが分かった。さらに、SUS316L-BC合金の粘度も暫定的に計測できた。本研究によりNiとSUS316Lの粘度のフィッテイング式を得た。
成田 弘一*; 鈴木 智也*; 元川 竜平
日本金属学会誌, 81(4), p.157 - 167, 2017/04
被引用回数：17 パーセンタイル：62.95(Metallurgy & Metallurgical Engineering)Most of the refineries for platinum group metals (PGMs) in Japan have adopted solvent extraction methods for mutual separation of PGMs. Few effective extractants for industrial use have been found although some industrial processes were established in 1970s. Recently, some compounds have been reported as candidates for practical PGM extractants in addition to new concepts for PGM extraction mechanisms. In this review article, we present well-known PGM recovery processes based on solvent extraction, industrial extractants and their properties, and conventional extraction mechanism for PGMs. Additionally, we discuss recent interesting extraction systems (amide-type compounds and ionic liquid) and then introduce new extraction concepts based on the specific interactions at the outer-sphere of a metal complex in the organic phase.
土谷 邦彦; 長尾 美春
金属, 86(10), p.893 - 899, 2016/10
ベリリウム(Be)は、中性子吸収断面積が小さく、かつ中性子の散乱特性が良好であるため、試験研究用原子炉の中性子反射材及び減速材として、世界の試験研究用原子炉約200基のうち、約3割近くで利用されている。本解説は、試験研究用原子炉でのBe利用に関する、Beの基本的特性、Beの利用及び課題、並びに最近の試験研究用原子炉用Be反射材に係る開発現状などについて紹介したものである。
佐藤 成男*; 小貫 祐介*; 菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 田代 均*; 轟 秀和*; 鈴木 茂*
金属, 86(8), p.654 - 660, 2016/08
鉄鋼材料に代表される金属のミクロ組織に対し、放射光、中性子線の量子ビームを用いた新たなアプローチが可能になる。放射光の高輝度特性を活かしたマイクロ領域測定は高温その場測定により、構造内部の転位の分布、転位の回復現象の追跡が可能となる。また、中性子線はバルク平均情報の特徴を活かすことで、複相鋼の強化機構メカニズムが詳細に考察できる。これら解析事例を原理とともに紹介している。
河村 弘; 山田 知典
金属, 86(7), p.580 - 589, 2016/07
福島研究基盤創生センターでは、福島第一原子力発電所廃止措置推進に必要不可欠な遠隔操作機器や放射性物質の分析・研究等に関する技術基盤を確立するため、福島県内に研究拠点を整備しており、これらの施設について紹介を行う。
皆藤 威二
しなやかで強い鉄鋼材料; 革新的構造用金属材料の開発最前線, p.393 - 399, 2016/06
原子力機構では、高速炉燃料被覆管用に耐スエリング特性に優れる体心立方格子(bcc)構造を有するフェライト系鋼に、熱的に安定な酸化物であるイットリア(Y
O
)を添加した酸化物分散強化型(ODS)鋼の開発を進めている。YOを母相中に微細かつ均一に分散させることで、高温・長時間環境下における強度特性が格段に向上し、フェライト系鋼としては世界最高レベルの高温強度を有している。また、粉末冶金法を適用した固化成形技術、冷間圧延による被覆管製造技術もほぼ確立しており、今後は、照射試験等による性能実証が重要になってくる。
Sn
の水素吸蔵過程における過渡的構造変化の観測町田 晃彦; 樋口 健介*; 片山 芳則; 榊 浩司*; Kim, H.*; 中村 優美子*
日本金属学会誌, 79(3), p.124 - 130, 2015/03
被引用回数：4 パーセンタイル：22.77(Metallurgy & Metallurgical Engineering)LaNiSnの水素吸蔵過程における構造変化を放射光を利用した時分割X線回折により調べた。室温での測定で、水素ガス圧力の非平衡状態においてLaNiSnの固溶体相と水素化物相の間に過渡的な中間相が存在することを明らかにした。LaNiSnはこれらの三相共存の状態を経由して水素化物へと転移する。中間相の水素濃度を格子体積から見積もったところ、導入水素圧力に依存しないことがわかった。格子定数の変化から、中間相における水素占有サイトはLaNi(Ni,Sn)八面体とLa(Ni,Sn)四面体であることが推測される。
(Fe
Mn
)
(
, 
)合金の水素吸蔵特性の合金組成依存性榊 浩司*; Kim, H.*; 町田 晃彦; 綿貫 徹; 中村 優美子*
日本金属学会誌, 79(3), p.112 - 117, 2015/03
被引用回数：3 パーセンタイル：17.9(Metallurgy & Metallurgical Engineering)B2型Ti(FeMn) (, )合金の水素吸蔵特性の合金組成依存性を調べた。B2型Ti(FeMn)ではMn及びTiの添加量にかかわらず、水素吸蔵量の減少は見られず、2段階で水素を吸蔵することが分かった。添加量を増加し、水素化温度を高くしても、2段目のプラトーは平坦性を維持したが、1段目のプラトーはある温度以上になると傾斜が顕著になり、ヒステリシスが消滅した。このことはTi(FeMn)には1段目の相変態に関して臨界温度が存在し、その臨界温度はMnおよびTiの添加量とともに低温化することが明らかとなった。
