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論文

Optimum temperature for HIP bonding invar alloy and stainless steel

涌井 隆; 石井 秀亮*; 直江 崇; 粉川 広行; 羽賀 勝洋; 若井 栄一; 高田 弘; 二川 正敏

Materials Transactions, 60(6), p.1026 - 1033, 2019/06

J-PARCの核破砕中性子源で使用する水銀ターゲット容器は、1.3$$times$$1.3$$times$$2.5m$$^{3}$$と大きいため、使用済み容器の廃棄量を低減する観点で、損傷量の大きい前半部を分割できる構造を検討している。分割部のフランジには、高いシール性能(1$$times$$10$$^{-6}$$Pa・m$$^{3}$$/s以下)が必要である。このフランジの材料として、ビーム運転時の熱変形を低減するために低熱膨張材であるインバー合金は有望であるが、弾性係数が低いためボルト締結時の変形が大きくなる。実用上はステンレス鋼で補強するが、HIP接合により広い面積を全面にわたって確実に接合する条件を見出すことが課題であった。そこで、接合温度が異なる試験片(973, 1173, 1373及び1473K)について、引張試験及び数値解析による残留応力評価を行った。973Kで接合した試験片は、拡散層厚さが殆どなく接合界面で破断した。引張強度は、接合温度の上昇とともに減少し、1473Kの場合、約10%低下した。接合面近傍の残留応力は最大50%増加した。これらの結果から、1173Kが最適な接合温度であることを結論付けた。

論文

FE-SEM observations of multiple nanohillocks on SrTiO$$_{3}$$ irradiated with swift heavy ions

喜多村 茜; 石川 法人; 近藤 啓悦; 藤村 由希; 山本 春也*; 八巻 徹也*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 44(3), p.85 - 88, 2019/06

高速重イオンがセラミックスに真上から入射すると、イオン一つに対してヒロック(ナノメートルサイズの隆起物)が一つ表面に形成される。一方で近年、SHIがチタン酸ストロンチウム(SrTiO$$_{3}$$)や酸化チタン(TiO$$_{2}$$)の表面をかするように入射した場合、表面にはイオンの飛跡に沿って連続的に複数個のヒロックが形成されると報告された。これらは原子間力顕微鏡(AFM)を用いて観察されており、観察結果にはAFMのプローブ寸法由来の測定誤差を含んでいる。そこで本研究では、ヒロックのサイズより十分小さい分解能(1.5nm)を有し、非接触で観察可能な電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM)を用いて連続ヒロックを観察し、形状の違いを検討した。SrTiO$$_{3}$$はNbを添加することで電気伝導性が発現する。SrTiO$$_{3}$$(100)とNbを0.05wt%添加した単結晶SrTiO$$_{3}$$(100)に対し、350MeVのAuビームを、単結晶表面に対するイオンの入射角が2度以下となるよう照射した。照射後のFE-SEM観察によって、SrTiO$$_{3}$$(100)表面には長さ数百nmにわたって直径20nmのヒロックが連続的に形成されていた一方で、Nbを添加したSrTiO$$_{3}$$(100)表面では、ほぼ同じ長さで凹状に溝が形成されていることがわかった。これらの形状の違いは電気伝導性とそれによる熱伝導性の違いが起因し、イオントラックの温度が融点付近になるSrTiO$$_{3}$$(100)ではヒロックが、昇華温度にまで上昇するNb添加SrTiO$$_{3}$$(100)では溝ができると考えられる。

論文

Local disorder in proton conductor BaSn$$_{0.5}$$In$$_{0.5}$$O$$_{2.75}$$ analyzed by neutron diffraction/ atomic pair distribution function

井川 直樹; 樹神 克明; 田口 富嗣*; 吉田 幸彦*; 松川 健*; 星川 晃範*; 石垣 徹*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 43(6), p.329 - 332, 2018/12

プロトン伝導体BaSn$$_{0.5}$$In$$_{0.5}$$O$$_{2.75}$$の電気的特性に及ぼす結晶構造の影響を理解するため、本材料における局所構造乱れを中性子回折/原子対分布関数(PDF)法を用いて解析した。本材料の局所構造は、${it r}$ $$>$$ 0.6nmの原子間距離範囲内では、リートベルト解析によって推定された平均構造と同様の立方晶構造(空間群$${it Pm}$$$$overline{3}$$$${it m}$$))である。一方、${it r}$ $$<$$ 0.6nmの範囲のPDFプロファイルは、立方晶構造よりも空間群${it P}$4/${it mmm}$の正方晶構造によって良い一致をみた。これらの結果は、格子内の局所構造乱れの存在を示している。本発表では、BaSn$$_{0.5}$$In$$_{0.5}$$O$$_{2.75}$$の平均構造と局所構造との関係の詳細について考察する。

論文

Application of the transient pulse method to measure clay permeability

加藤 昌治*; 奈良 禎太*; 岡崎 勇樹*; 河野 勝宣*; 佐藤 稔紀; 佐藤 努*; 高橋 学*

Materials Transactions, 59(9), p.1427 - 1432, 2018/09

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

放射性廃棄物の地層処分においては、岩盤を天然バリアとして使用する。このことから、低透水性の岩盤やき裂を充填している粘土の存在は、より好ましい環境を提供すると考えられる。室内での透水係数の測定方法のうち、トランジェントパルス法は低透水性の材料の透水係数測定に有効であるが、粘土に適用された事例は無く、かつ、そのままの方法・手順では適用が困難である。このため、供試体の下流側の圧力を下げる場合で透水係数を求める方法を提案し、変水位法で得られた値と比較して問題ないことを確認した。

論文

Determination approach of dislocation density and crystallite size using a convolutional multiple whole profile software

村澤 皓大*; 高村 正人*; 熊谷 正芳*; 池田 義雅*; 鈴木 裕士; 大竹 淑恵*; 浜 孝之*; 鈴木 進補*

Materials Transactions, 59(7), p.1135 - 1141, 2018/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:52.95(Materials Science, Multidisciplinary)

Neutron diffraction profile analysis using the whole profile fitting method is useful for obtaining microscopic information on metallic materials. To determine an appropriate fitting approach for obtaining reasonable and non-arbitrary results, we applied diffraction line profile analyses using the Convolutional Multiple Whole Profile (CMWP) method to diffraction patterns obtained using the Engineering Materials Diffractometer (TAKUMI, BL19) at the Materials and Life Science Facility (MLF) of the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC). The tensile specimens of 780 MPa grade bainitic steel were uniaxially stretched until the plastic strain reached a value of 0.05. We performed CMWP analyses on the obtained diffraction patterns during tensile test with various initial parameters of dislocation density and crystallite size. These parameters were optimized in the fitting procedures to minimize the weighted sums of squared residuals (WSSRs). Following this approach, we found that unsuitable initial parameter values resulted in unreasonable convergence. Therefore, initial fitting parameters should be chosen to ensure that the initial profiles are as broad as possible. Reasonable results were obtained following this suggestive approach even when the strain anisotropy parameter is set to arbitrary values.

論文

Molybdenum adsorption and desorption properties of alumina with different surface structures for $$^{99}$$Mo/$$^{99m}$$Tc generators

鈴木 善貴; 北河 友也*; 滑川 要二*; 松倉 実*; 西方 香緒里; 三村 均*; 土谷 邦彦

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 43(2), p.75 - 80, 2018/04

(n, $$gamma$$)法での$$^{99}$$Mo製造は、簡便な方法であり核拡散抵抗や廃棄物処理の観点から有利である。しかし、この方法で生成される$$^{99}$$Moの比放射能は極めて低いため、高い比放射能を有する$$^{99m}$$Tc溶液を得るのは困難である。このため、高いMo吸着性能を有する新たな吸着剤を開発することが必要不可欠である。本研究では、Mo吸着剤として医療用$$^{99}$$Mo/$$^{99m}$$Tcジェネレータに用いられるアルミナ(Al$$_{2}$$O$$_{3}$$)に着目し、性能の向上を行った。Al$$_{2}$$O$$_{3}$$試料には、3種類の始発粉末を用いて、異なる温度で焼結したAl$$_{2}$$O$$_{3}$$を作製し、Mo吸着および脱離特性を調べた。その結果、Al$$_{2}$$O$$_{3}$$の結晶構造および比表面積がMo吸着特性に影響を及ぼすことが示唆された。また、開発した各Al$$_{2}$$O$$_{3}$$から溶離した溶液の基本的化学特性はガイドラインの基準値を満たしていた。

論文

Local structure analysis of KNbO$$_3$$ nanocrystals with cubic shape

米田 安宏; 國定 諒一*; 近田 司*; 上野 慎太郎*; 尾原 幸治*; 和田 智志*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 43(2), p.93 - 96, 2018/04

立方体状の外形を有したKNbO$$_3$$ナノ結晶をマイクロウエーブでアシストしたソルボサーマル法で合成した。このKNbO$$_3$$ナノキューブの種々の構造パラメーターを抽出するために高エネルギーX線回折実験を行った。結晶粒径はシェラーの式を用いて評価した。ナノ粒子の粒径が増大するとユニットセルサイズは減少することがわかった。また、ナノ粒子の局所構造は平均構造によらず、バルクKNbO$$_3$$と同じ菱面体晶構造であった。

論文

Work hardening, dislocation structure, and load partitioning in lath-martensite determined by ${it in situ}$ neutron diffraction line profile analysis

Harjo, S.; 川崎 卓郎; 友田 陽*; Gong, W.*; 相澤 一也; Tichy, G.*; Shi, Z.*; Ungar, T.*

Metallurgical and Materials Transactions A, 48(9), p.4080 - 4092, 2017/09

AA2017-0020.pdf:3.33MB

${it in situ}$ neutron diffraction during tensile deformation of lath martensite steel containing 0.22 mass% of carbon, is performed using TAKUMI of J-PARC. The diffraction peaks at plastically deformed states exhibit asymmetries as the reflection of redistributions of the stress and dislocation densities/arrangements in lath-packets where the dislocation glides are favorable (soft packet) and unfavorable (hard packet). The dislocation density is as high as 10$$^{15}$$ m$$^{-2}$$ at the as-quenched state, and then during tensile straining, the load and the dislocation density become different between the two lath-packets. The dislocation character and arrangement vary also in the hard packet, but hardly change in the soft packet. The hard packet plays an important role in the high work hardening in martensite, which could be understood by taking into account not only the increase of the dislocation density but also the change in dislocation arrangement.

論文

Ion species/energy dependence of irradiation-induced lattice structure transformation and surface hardness of Ni$$_{3}$$Nb and Ni$$_{3}$$Ta intermetallic compounds

小島 啓*; 金野 泰幸*; 越智 雅明*; 千星 聡*; 堀 史説*; 斎藤 勇一*; 石川 法人; 岡本 芳浩; 岩瀬 彰宏*

Materials Transactions, 58(5), p.739 - 748, 2017/05

 被引用回数:1 パーセンタイル:76.21(Materials Science, Multidisciplinary)

Ni$$_{3}$$Nb及びNi$$_{3}$$Ta金属間化合物に対して、1-200MeVの広範囲のエネルギーのイオン(He-Au)を照射して、照射効果のイオン種依存性とエネルギー依存性を、斜入射X線回折とX線吸収微細構造分析を利用して系統的に調べた。どちらも、照射量レベルは異なるものの、イオン照射によって秩序構造の結晶構造から非晶質構造に変態することが分かった。また、そのような照射効果を決定づけるのは、弾性衝突に伴う材料への付与エネルギーであることが判明した。

論文

Local structure analysis of ZrN, and Dy$$_{0.5}$$Zy$$_{0.5}$$N surrogate materials for fast reactor nitride fuel

米田 安宏; 辻 卓也; 松村 大樹; 岡本 芳浩; 高木 聖也; 高野 公秀

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 42(2), p.23 - 26, 2017/04

窒化物模擬燃料物質のDyNとZrNの結晶構造解析を行った。DyNとZrNの格子ミスマッチは7%近くありながら、Dy$$_{1-x}$$Zr$$_x$$Nは単相の試料が得られ、平均構造の格子定数はVegard則に従う。局所構造解析は放射光X線を利用したXAFSとPDF解析を併用して行ったところ、Zr-Nの原子間距離が平均構造の格子定数のより大きなDy$$_{0.5}$$Zr$$_{0.5}$$NにおいてZrNよりも縮んでいることがわかった。このような局所的なモジュレーションが熱伝導率などの物性に与える影響を検討した。

論文

Modeling of Phosphorus Transport by Interstitial Dumbbell in $$alpha$$-Iron Using First-Principles-Based Kinetic Monte Carlo

海老原 健一; 鈴土 知明; 山口 正剛

Materials Transactions, 58(1), p.26 - 32, 2017/01

 被引用回数:2 パーセンタイル:60.17(Materials Science, Multidisciplinary)

原子炉圧力容器鋼における照射による粒界リン偏析を数値シミュレーションによって評価することを目指し、原子レベルの計算に基づく拡散レート方程式の開発を行っている。本研究では、第一原理計算で評価した格子間原子対の移動モデルおよび移動障壁エネルギーを用いたキネティックモンテカルロシミュレーションによって、鉄原子とリン原子の混合格子間原子対の拡散係数を評価した。評価した混合格子間原子対の拡散係数は、八面体格子間サイトを移動するリン原子の拡散係数とほぼ同じであり、空孔によるリン輸送の拡散係数よりかなり大きい値であった。さらに、八面体格子間サイトのリン原子を取り入れるように修正した拡散レート方程式に評価した拡散係数を組み入れ、照射誘起粒界リン偏析の数値シミュレーションをしたところ、八面体格子間サイトのリン原子に対する粒界における従来の境界条件が不適切であることが明らかとなった。今後、適切な境界条件を取り入れる必要がある。

論文

Composite behavior of lath martensite steels induced by plastic strain, a new paradigm for the elastic-plastic response of martensitic steels

Ung$'a$r, T.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; 友田 陽*; Rib$'a$rik, G.*; Shi, Z.*

Metallurgical and Materials Transactions A, 48(1), p.159 - 167, 2017/01

AA2016-0372.pdf:2.81MB

 被引用回数:7 パーセンタイル:26.53(Materials Science, Multidisciplinary)

Based on high-resolution neutron diffraction experiments we will show that in lath martensite steels the initially homogeneous dislocation structure is disrupted by plastic deformation, to produce a composite on the length scale of martensite lath packets. The diffraction patterns of plastically strained martensitic steel reveal characteristically asymmetric peak profiles in the same way as has been observed in materials with heterogeneous dislocation structures. Lath packets oriented favorably or unfavorably for dislocation glide become soft or hard. The lath packet type develops by work softening or work hardening in which the dislocation density becomes smaller or larger compared to the initial average one. The decomposition into soft and hard lath packets is accompanied by load redistribution between the two lath packet types. The composite behavior of plastically deformed lath martensite opens a new way to understand the elastic-plastic response in this class of materials.

論文

Atomic scale simulations of relationship between macroscopic mechanical properties and microscopic defect evolution in ultrafine-grained metals

都留 智仁; 青柳 吉輝*; 下川 智嗣*

Materials Transactions, 57(9), p.1476 - 1481, 2016/09

 パーセンタイル:100(Materials Science, Multidisciplinary)

超微細粒(UFG)金属の降伏メカニズムへの影響について原子シミュレーションによって検討を行った。機械特性とミクロな欠陥組織の影響を明らかにするため、粒径と粒内転位を変化させた多結晶原子モデルを構築し変形解析を行った結果、粒内転位は初期降伏と粒界を介した塑性変形挙動に大きな役割を果たすことがわかった。さらに、同じFCC金属でもCuは粒界から双晶の生成・成長が生じ、Alよりも早く塑性変形を開始することがわかった。

論文

Piezoelectric properties and local structure analysis of (Na$$_{0.5}$$K$$_{0.45}$$Li$$_{0.05}$$)NbO$$_3$$ solid solutions by malic acid complex solution method

中井 友晃*; 小舟 正文*; 永本 健留*; 菊池 丈幸*; 米田 安宏

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 41(3), p.251 - 254, 2016/09

非鉛圧電体としての応用が期待されているNaNbO$$_3$$とKNbO$$_3$$の固溶体は、焼結温度の違いから通常の固相反応法による合成が困難である。そこで、錯体重合法による合成法を開発し、固相反応法では得られないような緻密な焼結体を得ることができた。放射光を用いた構造解析を行ったところ、NaNbO$$_3$$とKNbO$$_3$$の相境界に加えて焼結助剤として加えたLiNbO$$_3$$も構造変化を誘起することがわかった。

論文

Angle-resolved photoemission analysis of electronic structures for thermoelectric properties of off-stoichiometric Fe$$_{2-x}$$V$$_{1+x}$$Al alloys

曽田 一雄*; 原田 翔太*; 林 利光*; 加藤 政彦*; 石川 文洋*; 山田 裕*; 藤森 伸一; 斎藤 祐児

Materials Transactions, 57(7), p.1040 - 1044, 2016/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:82.56(Materials Science, Multidisciplinary)

The electronic states of Heusler(L21)-type off-stoichiometric Fe$$_{2-x}$$V$$_{1+x}$$Al have been investigated by soft X-ray angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES) in order to clarify the origin of their large thermoelectric powers, which cannot be explained in terms of the rigid band model. In off-normal and normal ARPES, Fe$$_{2.05}$$V$$_{0.95}$$Al shows a weakly dispersive bulk band around the binding energy of 0.3 eV in the $$Gamma$$-X direction and an almost dispersion-less one around 0.3 eV in a gap of dispersive bulk bands in the $$Gamma$$-L direction, which is attributed to the anti-site Fe defect. At the $$Gamma$$ point, the bulk band does not appear to cross the Fermi level $$E_{rm F}$$, consistent with the rigid band model for the excess Fe content bringing about the increase in the valence electrons, but no band crossing $$E_{rm F}$$ down is found at the X point. The anti-site Fe defect states near $$E_{rm F}$$ might push up the band at the X point and cause the p-type thermoelectric properties, unexpected with the rigid band picture. The change in the electronic structures and thermoelectric properties are discussed on the off-stoichiometry and substitution of the forth element.

論文

Local structure analysis of Bi$$_{0.5}$$Na$$_{0.5}$$TiO$$_3$$, Bi$$_{0.5}$$Na$$_{0.4}$$Li$$_{0.1}$$TiO$$_3$$, and 0.95Bi$$_{0.5}$$Na$$_{0.5}$$TiO$$_3$$ $$cdot$$ 0.05BaMn$$_{1/3}$$V$$_{2/3}$$O$$_3$$

米田 安宏; 永本 健留*; 中井 友晃*; 小舟 正文*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 41(2), p.197 - 200, 2016/06

ペロブスカイト型ビスマス化合物のBi$$_{0.5}$$Na$$_{0.5}$$TiO$$_3$$ (BNT)は非鉛圧電体として研究されてきた。詳細な構造解析を行ったところ、低温焼成では菱面体晶構造であるが、焼成温度を上げていくと次第に単射晶構造が安定化する。我々は、焼成温度によって格子が収縮しイオン半径の異なるビスマスとナトリウムの相対的な位置が変化する仮説を提案した。この仮設の検証のためにイオンサイズの異なる元素で置換し、局所構造解析を行った。その結果、我々の仮説で矛盾なく説明できることがわかった。

論文

Mechanical properties and microstructure of dissimilar friction stir welds of 11Cr-ferritic/martensitic steel to 316 stainless steel

佐藤 裕*; 粉川 博之*; 藤井 啓道*; 矢野 康英; 関尾 佳弘

Metallurgical and Materials Transactions A, 46(12), p.5789 - 5800, 2015/12

PNC-FMSとSUS316鋼の異材接合に摩擦攪拌接合(Friction stir welding)を適用し、系統的に強度と組織の評価を実施した。その結果、接合欠陥の生じない健全な継手を得ることができた。なお、本研究の一部は、文部科学省原子力基礎基盤戦略研究イニシアチブにより実施された「摩擦攪拌接合によるNa高速炉心材料の新たな接合技術に関する研究」の成果である。

論文

Ion-track grafting of vinylbenzyl chloride into poly(ethylene-$$co$$-tetrafluoroethylene) films using different media

Nuryanthi, N.*; 八巻 徹也; 喜多村 茜; 越川 博; 吉村 公男; 澤田 真一; 長谷川 伸; 浅野 雅春; 前川 康成; 鈴木 晶大*; et al.

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 40(4), p.359 - 362, 2015/12

ナノ構造制御したアニオン交換膜を作製するため、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)膜に塩化ビニルベンジルモノマーのイオン飛跡グラフト重合を行った。低フルエンスの照射の下でグラフト率をできる限り高めるため、グラフト重合における反応媒質の影響を検討した。反応媒質として純水(H$$_{2}$$O)とイソプロピルアルコール($$i$$PrOH)の混合液を用いた場合、560MeV $$^{129}$$Xeビームによるグラフト率は、H$$_{2}$$O/$$i$$PrOH比の増大とともに高くなり、H$$_{2}$$Oのみのとき最大となった。この結果は、いわゆるゲル効果に類似した現象を考えれば理解できる。すなわち、グラフト鎖は貧溶媒の存在下で反応媒質に不溶となって凝集し、他の鎖との再結合(言い換えれば停止反応)が抑制されることに起因すると考えられる。

論文

Local structure analysis of BaTiO$$_3$$ modulated by Mn substitution

米田 安宏; 小原 真司*; 野口 祐二*; 宮山 勝*

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 40(1), p.29 - 32, 2015/03

積層型セラミッックコンデンサとして広く用いられている強誘電体材料のチタン酸バリウム(BaTiO$$_3$$)は特性向上のための添加物ドーピングが研究されている。特にマンガン(Mn)はBaTiO$$_3$$の特性を大きく向上させる添加物として重要である。しかしながらMnは酸素欠損などの周囲の状況によって、その働きが大きく異なるため、Mn添加効果を正しく評価することは困難であった。しかしながら近年、酸素空孔がコントロール可能な作成法が実現し、Mnの添加効果を正確に評価できるサンプルが入手できるようになった。そこで、BaTiO$$_3$$にドープされたMnの価数をX-ray absorption fine structure (XAFS)を用いて決定し、添加物効果がもたらす構造変化を2体相関分布関数法を用いて検討した。その結果、MnはTiと同じ4価でドープされMn添加は局所構造に大きな影響を与えていることがわかった。

論文

Erratum to "In-situ Si-2p core-level spectroscopy using synchrotron radiation for initial oxidation on Si(001) surfaces induced by translational kinetic energy of O$$_{2}$$ molecules"

寺岡 有殿; 吉越 章隆

Transactions of the Materials Research Society of Japan, 40(1), P. 85, 2015/03

We have performed experiments on surface chemical reactions using a supersonic O$$_{2}$$ molecular beam. Translational kinetic energy values of the supersonic O$$_{2}$$ molecular beams have been estimated by calculations. We have noticed a mistake in the calculations. We had calculated the translational kinetic energy with gas constant R = 1.134$$times$$10$$^{-4}$$ eV/K. However, R = 8.617$$times$$10$$^{-5}$$ eV/K is correct. Consequently, the correct translational kinetic energy values can be obtained by multiplying those in the published article by a factor of 0.76. Even if they are corrected, conclusions and the points of arguments are as they are except the translational kinetic energy values themselves.

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