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Fang, W.*; Liu, C.*; Zhang, J.*; 徐 平光; Peng, T.*; Liu, B.*; 諸岡 聡; Yin, F.*
Scripta Materialia, p.116046_1 - 116046_6, 2024/05
The influence of interstitial carbon on the texture evolution of high-entropy alloys during cold rolling was investigated. To prevent carbide formation, elements with weak carbon affinity were carefully selected in the (FeMnCoNi)
C
alloy. Neutron diffraction, electron channeling contrast imaging, and electron backscatter diffraction were used to analyze the texture and microstructure evolution in alloys with and without carbon addition. Though their texture components are similar at the early stage of deformation, the Brass and Goss textures in the carbon-containing alloy at 50% cold rolling reduction are obviously higher than those in the carbon-free alloy, while Copper and S textures are lower. A large number of deformation twins induced in the carbon containing alloy is attributed as the significant reason for the texture differences. This work helps to understand the impact of interstitial carbon on the texture evolution of high-entropy alloys, providing valuable insights for microstructure and performance optimization.
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：0 パーセンタイル：0.00(Materials Science, Multidisciplinary)Extended 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.
Yang, J.*; Ren, W.*; Zhao, X.*; 菊地 龍弥*; Miao, P.*; 中島 健次; Li, B.*; Zhang, Z.*
Journal of Materials Science & Technology, 99, p.55 - 60, 2022/02
被引用回数：6 パーセンタイル：45.20(Materials Science, Multidisciplinary)物性測定と中性子散乱を組み合わせることにより、面心立方高エントロピー合金CrMnFeCoNiの磁気および熱輸送特性を調べた。DCおよびAC帯磁率は、温度領域全体で反強磁性および強磁性相互作用が共存する常磁性挙動を示し、それぞれ、常磁性から反強磁性への遷移、反強磁性から強磁性への遷移、およびスピン凍結に対応して、約80, 50、および20Kで3つの異常が見られる。電気伝導率と熱伝導率はNiに比べて大幅に低下しており、格子熱伝導率の温度依存性はガラスのようなプラトーを示す。非弾性中性子散乱測定は弱い非調和性を示唆し、熱輸送は欠陥散乱によって支配されると思われる。
Naeem, M.*; Zhou, H.*; He, H.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Lan, S.*; Wu, Z.*; Zhu, Y.*; Wang, X.-L.*
Applied Physics Letters, 119(13), p.131901_1 - 131901_7, 2021/09
被引用回数：9 パーセンタイル：63.89(Physics, Applied)We investigated the in situ deformation behavior of the CrCoNi medium-entropy alloy at a cryogenic temperature of 140 K and compared it with deformation at room temperature. The sample exhibited higher strength and larger ductility at the cryogenic temperature. The CrCoNi alloy remained single-phase face-centered cubic at room temperature, while deformation at 140 K resulted in a martensitic transformation to the hexagonal close-packed structure. The phase transformation, an additional deformation mechanism to stacking faults, twinning, and dis- location slip, resulted in a higher work hardening at cryogenic temperature. The study addresses the structure metastability in the CrCoNi alloy, which led to the formation of epsilon-martensite from the intrinsic stacking faults.
Lam, T.-N.*; Lee, S. Y.*; Tsou, N.-T.*; Chou, H.-S.*; Lai, B.-H.*; Chang, Y.-J.*; Feng, R.*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; Liaw, P. K.*; et al.
Acta Materialia, 201, p.412 - 424, 2020/12
被引用回数：34 パーセンタイル：91.29(Materials Science, Multidisciplinary)We examined fatigue-crack-growth behaviors of CoCrFeMnNi high-entropy alloys (HEAs) under as-fatigued and tensile-overloaded conditions using neutron-diffraction measurements coupled with diffraction peak-profile analyses. We applied both high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and neutron-diffraction strain mapping for the complementary microstructure examinations. Immediately after a single tensile overload, the crack-growth-retardation period was obtained by enhancing the fatigue resistance, as compared to the as-fatigued condition. The combined mechanisms of the overload-induced larger plastic deformation, the enlarged compressive residual stresses and plastic-zone size, the crack-tip blunting ahead of the crack tip, and deformation twinning governed the pronounced macroscopic crack-growth-retardation behavior following the tensile overload.
Lam, T.-N.*; Chou, Y.-S.*; Chang, Y.-J.*; Sui, T.-R.*; Yeh, A.-C.*; Harjo, S.; Lee, S. Y.*; Jain, J.*; Lai, B.-H.*; Huang, E.-W.*
Crystals (Internet), 9(8), p.420_1 - 420_8, 2019/08
被引用回数：9 パーセンタイル：66.85(Crystallography)An equal-molar CoCrFeMnNi, face-centered-cubic (fcc) high-entropy alloy (HEA) and a nickel-based superalloy are studied using in situ neutron diffraction experiments. With continuous measurements, the evolution of diffraction peaks is collected for microscopic lattice strain analyses. Cyclic hardening and softening are found in both metallic systems. However, as obtained from the diffraction-peak-width evolution, the underneath deformation mechanisms are quite different. The CoCrFeMnNi HEA exhibits distinct lattice strain and microstructure responses under tension-compression cyclic loadings.
若井 栄一; 能登 裕之*; 柴山 環樹*; 中川 祐貴*; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 涌井 隆; 古谷 一幸*; 安堂 正己*
no journal, ,
エネルギー,原子力,高エネルギー加速器標的システム,核融合,生体等の分野では、放射線によって材料や機器に劣化が生じるため、高い耐久性や優れた機能を持つ新物質の創出が期待される。本研究では、低放射化性の元素(NiとCoを含まない)からなるFe系, Ti系, W系のハイエントロピー合金(HEA)に対し、Fe系は、高周波溶解法で、Ti系は、コールドクルーシブル浮揚溶解法で、W系は、金属粉末を用いたアーク溶解法で作製した。これらの材料については、X線回折法,組織観察,硬さ測定,磁気測定,電気抵抗測定,操作型透過形電子顕微鏡STEM(または、TEM, SEM)とエネルギー分散型X線分光法,超音波測定,熱間等方圧加圧(HIP)法の試験を実施した。これらのHEAは、通常の合金に比べて非常に硬く、また、Fe系HEAにおいては、磁気特性とそれに関する微細組織の解析では、微小な磁区構造等の興味深い特性を有すことが分かった。特に、鉄系とW系のHEAでは、HIP処理によって生じる結晶構造や方位及び内部組織の変化並びに付随する高温と圧力の効果によって磁気特性や材料強度特性に大きな影響を及ぼすことが分かってきた。
-phase based titanium alloys若井 栄一; 石田 卓*; 叶野 翔*; 柴山 環樹*; 佐藤 紘一*; 能登 裕之*; 牧村 俊助*; 古谷 一幸*; 薮内 敦*; 義家 敏正*; et al.
no journal, ,
チタン系材料は、比重が低く、耐食性が高く、強度特性、等に優れているため、大型加速器システムにおけるビーム窓材料やビームダンプ等への適用がなされている。ビームの高出力化に伴い、更なる耐照射性能等が求められている。このため、我々は、相をベースにしたチタン合金のさらなる特性を進め、Ti-15-3-3-3系合金について、イオン照射を行った所、優れた耐照射特性を持つことが分かった。この原因を調査するため、本素材や関連材料の微細組織や点欠陥等をTEM、陽電子寿命計測法、電気抵抗法、応力による変化等の評価を併せて進めた。さらに、最近、世界的に注目を浴びて、開発が進められているハイエントロピー合金に対して、我々は‐チタンベースのチタン系ハイエントロピー合金の試作を行い、緒特性の評価を併せて始めたところである。この材料の諸特性を調べた所、従来の鉄系やチタン系の材料に比べて、かなり高い強度を持つことが分かった。
高梨 弘毅
no journal, ,
まず日本原子力機構のビジョンと、機構ビジョンに沿った先端基礎研究センターのエネルギー材料研究の概要について紹介する。それから、発表者が取り組んでいる金属人工格子やハイエントロピー合金のスピン熱電効果の研究について説明し、その原子力電池への応用についても述べる。
若井 栄一; 能登 裕之*; 柴山 環樹*; 岩元 洋介; 石田 卓*; 佐藤 紘一*; 薮内 敦*; 義家 敏正*; 高橋 俊晴*; 小林 康浩*; et al.
no journal, ,
ハイエントロピー合金(HEA)は、強度が高くても、良好な延性を持つ材料系があることが近年、報告されており、様々な応用を目指し、世界の最先端の研究機関によって、その研究開発が進められている。本研究では、高放射線場での使用を目指すため、低放射化性を考慮して、CoとNi元素を除いたHEAについて、Fe系、W系およびTi系のHEAを複数、検討した。これらの材料は、bcc結晶構造を主体とした材料系であり、溶解法で作製してそれらの材料特性を評価した。その結果、Fe系HEAでは、純Wの硬さを超える特性を持ち、かつ耐照射特性が優れていることが分かった。また、Ti系HEAでは、高温鍛造や高温圧延を施すことができる系が見つかり、最適な熱処理温度の評価を進め、W系HEAでは、熱間等方圧加圧法(HIP)処理により硬さが上昇し、HEAの中で世界最高の硬さを有することが分かった。
若井 栄一; 能登 裕之*; 柴山 環樹*; 岩元 洋介; 佐藤 紘一*; 矢野 祥弘*; 吉川 真矢*; 中川 祐貴*; 豊田 晃大; 鬼澤 高志
no journal, ,
本研究では、高エネルギービーム照射環境等で使用される機器の耐久性を高めるために、近年、研究が盛んに進められているハイエントロピー合金(HEA)に関して、Fe系とW系のFe基HEAとW基HEAの作製を試みた。また、本研究では、高強度化を目指すと共に、照射されても低放射化材料となる元素を選択するため、NiやCoは添加しないことにした。Fe基HEAでは、Fe-Mn-Cr-V-Al-C合金を溶解・鋳造後を行い、均質化熱処理(均質化熱処理(1150
C, 2h)後に、室温にて3点曲げ試験を実施した。均質化熱処理によって3点曲げ試験では、延性の増加が確認され、超音波速度の計測から、弾性率が低下した。本材料を熱処理(800C, 10分後にWQ)後に、XRD測定をしたところ、BCC構造を持ち、ビッカース硬さは純Wを超える硬さを持つことが分かった。一方、W基HEA材(W-Fe-Si-V-Cr合金)の作製では、粉末を用いたアーク溶解法により試みたところ、ほぼ均質な結晶化した合金を作製できることが分かった。
山下 真一郎; 橋本 直幸*; 岡 弘*
no journal, ,
ハイエントロピー合金(HEA)は、熱的安定性,硬度,高温強度,疲労強度,耐食性等の諸特性に優れることに加えて、耐照射性にも秀でることから、極めて魅力的な原子力材料となりうる可能性を秘めている。一方、3Dプリンティング技術を原子力分野で積極的に活用する動きが欧米のみならず、アジア圏でも拡がりつつある。本研究では、3Dプリンティング技術を用いて作製したHEAの、原子力分野における適用性を評価するため、原子力分野で使用実績が豊富な材料(SUS316L)及び経験豊富な作製方法(アーク溶解法)を実験パラメータに、イオン照射した各種材料における微細組織観察結果をもとに、キャビティやボイド等を定量化しスエリング挙動を比較した。各材料の照射後微細組織を評価しスエリング概算値を見積もった結果、(1)SUS316Lでは、製法に違いに応じてスエリングがひと桁異なること、(2)HEAでは、製法の違いに依らず高い寸法安定性、すなわち耐照射性に優れることが実験的に示された。
橋本 直幸*; 磯部 繁人*; 岡 弘*; 林 重成*; 上田 幹人*; 山下 真一郎; 板倉 充洋; 都留 智仁
no journal, ,
原子炉および次世代型エネルギー炉の安全な稼働には、高エネルギー粒子照射環境に十分な耐性を持つ構造材料が必要不可欠であり、従来構造材料として信頼性の高い既存構造材料を基礎に材料開発が行われてきた。材料開発のポイントは、中性子エネルギーによる材料の照射損傷とそれに起因する機械的特性劣化の抑制にある。これまでの基本戦略は、既存構造材料の改良であり、製造工程や熱処理による微細組織の最適化や材料の化学組成の調整で対応してきたが、耐照射性という点で劇的な効果は得られなかった。そこで我々は、弾き出し損傷が起こらないあるいは弾き出し損傷後すぐに回復する材料の創製を目標に掲げ、この挑戦に可能性を感じさせる候補材料として、ハイエントロピー合金: HEA(高濃度固溶体合金: CSA)に着目してきた。HEAについては、最近、材料構成原子の拡散挙動や欠陥形成挙動における特異性および高温での照射損傷に対する優位性についても報告されるようになってきた。本発表では、次世代小型炉に対応した技術である積層造型(AM)法を用い、高温で耐照射性を有する低放射化ハイエントロピー材料(RA-HEAs)の創製を目的に実施した基礎基盤研究の現在までに得られている成果を紹介する。
鈴木 和也; 高梨 弘毅
no journal, ,
ハイエントロピー合金(HEA)は、優れた力学特性,耐熱性,耐食性,耐照射性などから大きな注目を集めているが、そのほとんどは構造材料としての応用を指向した研究である。HEAは空間対称性が局所的に破れた系の集合体であり、スピン軌道相互作用が顕在化し、従来合金には見られない優れた電磁機能が生じる可能性を有している。特にスピントロニクス分野が得意とするナノスケールで高度に構造制御されたナノ積層薄膜の作製方法を適用することによりHEA材料の新たな用途開拓が期待される。本研究では、室温よりも高いキュリー温度を示すFeNiCoCuPd合金に着目し、その薄膜の作製と基本特性について報告する。
鈴木 和也; 高梨 弘毅
no journal, ,
ハイエントロピー合金(HEA)は、優れた力学特性、耐熱性、耐食性、耐照射性などから大きな注目を集めているが、そのほとんどは構造材料としての応用を指向した研究である。HEAは空間対称性が局所的に破れた系の集合体であり、スピン軌道相互作用が顕在化し、従来合金には見られない優れた電磁機能が生じる可能性を有している。特にスピントロニクス分野が得意とするナノスケールで高度に構造制御されたナノ積層薄膜の作製方法を適用することによりHEA材料の新たな用途開拓が期待される。本研究では、室温よりも高いキュリー温度を示すFeNiCoCuPd合金に着目し、その薄膜の作製と磁気伝導特性について報告する。
若井 栄一; 柴山 環樹*; 能登 裕之*; 古谷 一幸*; 岩元 洋介; 涌井 隆; 牧村 俊助*; 石田 卓*; 安堂 正己*; 佐藤 紘一*; et al.
no journal, ,
原子力や高エネルギー加速器標的システム等の分野では、放射線によって材料や機器に劣化が生じるため、高い耐久性や優れた機能を持つ物質の創出が期待される。ハイエントロピー合金(HEA)は、高い耐照射性を期待され、かつ、高強度で良好な延性を持つことが多い。近年、様々な応用を目指し、世界的に研究開発が進行中である。本研究では、低放射化性の元素(NiとCoを含まない)からなるFe系とTi系とW系のHEAを作製した。これらの材料は、X線回折法、組織観察、硬さ、磁気、電気抵抗、STEM(または、TEM、SEM)とEDS、超音波測定、熱間等方圧加圧(HIP)等を実施した。また、一部の試料に対しては、イオン照射、パルスレーザー照射、及びパルス電子線照射を行い、その応答特性を調べた。これらのHEAは、通常の合金に比べて非常に硬かった。Fe系HEAにおいては、磁気特性とそれに関する微細組織の解析から、微小な磁区構造等の興味深い特性を有すことが分かった。特に、鉄系とW系のHEAでは、HIP処理によって生じる結晶構造や方位及び内部組織の変化、並びに付随する高温と圧力の効果によって磁気特性や材料強度特性に大きな影響を及ぼした。さらに、Fe基HEAの照射応答特性の特徴が分かってきた。
若井 栄一; 岩元 洋介; 柴山 環樹*; 佐藤 紘一*; 豊田 晃大; 鬼澤 高志; 涌井 隆; 石田 卓*; 牧村 俊助*; 中川 祐貴*; et al.
no journal, ,
加速器標的システム,原子力,航空宇宙等の分野では放射線による構造材や機器の劣化が生じるため、高い耐久性向上や優れた機能を持つ材料開発が期待される。本研究では、放射線場で使用できるイノベーション材料の創出に向け、様々な材料に対し、放射線場での材料内部の欠陥などの状態を正確に計測できる新たな非破壊検査技術の構築を進めている。また、イノベーション材料として、ハイエントロピー合金(HEA)は高強度で且つ延性に富む傾向が知られており、様々な応用が期待されている。本講演では、放射線場でもマルチ同時測定が可能な計測原理の構築とHEAの試作状況を主に、金属等の照射解析状況や進捗などを併せて報告する。
若井 栄一; 柴山 環樹*; 能登 裕之*; 涌井 隆
no journal, ,
本研究では、高エネルギー加速器標的系機器、原子炉や核融合炉等の新機能材料への適用を目指し、低放射化性の元素(NiとCoを含まない)からなる鉄基ハイエントロピー合金(Fe-Mn-V-Cr-Al-C)を高周波溶解法によって試作を行い、その基本特性を評価した。本材料をXRDで解析結果、BCCの結晶構造を持ち、その中にバナジウムカーバイド(VC)が析出していることが分かった。また、本材料は、磁性を持つだけでなく、かなり小さい磁区構造を有していることが分かった。結晶粒のサイズは、均質化熱処理を1150Cで施したにもかかわらず、比較的に微小な結晶粒(約20-50
m)が観察された。強度特性に関しては、ビッカース硬さ測定の結果から、通常の鉄合金に比べて遥かに硬く、純タングステンをやや超える硬さであり、弾性波の速度計測では鉄系材料よりも速く、ステンレス鋼よりも高い弾性率を持つことが示された。
若井 栄一; 能登 裕之*; 牧村 俊助*; 石田 卓*; 古谷 一幸*; 柴山 環樹*
no journal, ,
近年、高エントロピー合金は、その原子混合比や組成から、従来材料よりも高強度で延性に優れることから、世界中の研究機関で精力的に研究開発が進められている。本研究では、チタン基高エントロピー合金(HEA)であるTiVCrZrTa、TiVZrTaAl、TiVCrZrWをコールドクルーシブル浮上溶解法により溶解し、1200Cで5時間、均質化熱処理を施した。これらのHEAの機械的特性試験と特性を調査した。TiVCrZrTa系のHEAは、他のチタン基のHEAに比べて、比較的に良好な熱間圧延性と熱間鍛造性を有することが分かった。また、これらのチタン基HEAのビッカース硬さは、通常のチタン合金よりもかなり高い値を持つことが分かった。
