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論文

Strengthening of high-entropy alloys via modulation of cryo-pre-straining-induced defects

Wei, D.*; Gong, W.; Wang, L.*; Tang, B.*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 加藤 秀実*

Journal of Materials Science & Technology, 129, p.251 - 260, 2022/12

Owing to their attractive structure and mechanical properties, high-entropy alloys (HEAs) and medium-entropy alloys (MEAs) have attracted considerable research interest. The strength of HEAs/MEAs with a single face-centered cubic (FCC) phase, on the other hand, requires improvement. Therefore, in this study, we demonstrate a strategy for increasing the room-temperature strength of FCC-phase HEAs/MEAs by tuning cryo-pre-straining-induced crystal defects via the temperature-dependent stacking fault energy-regulated plasticity mechanism. Through neutron diffraction line profile analysis and electron microscope observation, the effect of the tuned defects on the tensile strength was clarified. This study discussed the possibility of developing single-phase high-performance HEAs by tuning pre-straining-induced crystal defects.

論文

Stress contribution of B2 phase in Al$$_{0.7}$$CoCrFeNi eutectic high entropy alloy

Yun, D.*; Chae, H.*; Lee, T.*; Lee, D.-H.*; Ryu, H. J.*; Banerjee, R.*; Harjo, S.; 川崎 卓郎; Lee, S. Y.*

Journal of Alloys and Compounds, 918, p.165673_1 - 165673_7, 2022/10

 被引用回数:0

In this study, the deformation behavior and strengthening contribution of the FCC phase and B2 phase in Al$$_{0.7}$$CoCrFeNi eutectic high entropy alloys (HEAs) were investigated using in-situ neutron diffraction. An FCC matrix phase exhibited a slip-dominant deformation scheme, while twinning hardly contributed to deformation. Applied macroscopic stresses were rarely redistributed to the BCC A2 phase dispersed within the B2 phase, whereas the stress contribution of the B2 phase, which was initially lower than that of the FCC phase, increased significantly with an increase in plastic strain; hence, its contribution to tensile deformation became predominant. This study allows us to postulate a target value of each phase by microstructural tunning to achieve the desired properties of multicomponent phase HEAs.

論文

Enhancement of electrical conductivity to metallization of Mn$$_{3-x}$$Fe$$_x$$O$$_4$$ spinel and postspinel with elevating pressure

山中 高光*; Rahman, S.*; 中本 有紀*; 服部 高典; Jang, B. G.*; Kim, D. Y.*; Mao, H.-K.*

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 167, p.110721_1 - 110721_10, 2022/08

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Multidisciplinary)

高圧下中性子回折実験により、立方晶MnFe$$_2$$O$$_4$$スピネルと正方晶Mn$$_2$$FeO$$_4$$はそれぞれ18GPaと14GPa以上でCaMn$$_2$$O$$_4$$型の構造に変化することが分かった。Mn$$_{3-x}$$Fe$$_x$$O$$_4$$固溶体の転移圧力はMn含有量の増加とともに低下することがわかった。放射光X線M$"{o}$ssbauer実験により、スピネル構造の四面体サイト(A)と八面体サイト(B)におけるFe$$^{2+}$$とFe$$^{3+}$$分布が圧力によって変化することを明らかにした。MnFe$$_2$$O$$_4$$とMn$$_2$$FeO$$_4$$は常温ではフェリ磁性体である。CaMn$$_2$$O$$_4$$型相は常磁性であった。電気抵抗の温度依存性から、このスピネルはA,Bサイトのカチオン間の電子ホッピングによって電気伝導を起こす半導体であることが示唆された。圧力によってB-B間距離が短くなると、隣接するBカチオン間の電子移動度が大きくなり、伝導が促進される。MnFe$$_2$$O$$_4$$のBサイトにおけるFe$$^{2+}$$とFe$$^{3+}$$の占有率はMn$$_2$$FeO$$_4$$のそれよりもずっと大きいことが明らかになった。CaMn$$_2$$O$$_4$$型は金属相である。理論計算の結果、金属的な性質が確認され、Feのd軌道がMnのd軌道に比べて強く適合されていることがわかった。

論文

Flexible and tough superelastic Co-Cr alloys for biomedical applications

大平 拓実*; Xu, S.*; 平田 研二*; Xu, X.*; 大森 俊洋*; 植木 洸輔*; 上田 恭介*; 成島 尚之*; 長迫 実*; Harjo, S.; et al.

Advanced Materials, 34(27), p.2202305_1 - 2202305_11, 2022/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Multidisciplinary)

The demand for biomaterials has been increasing along with the increase in the population of elderly people worldwide. The mechanical properties and high wear resistance of metallic biomaterials makes them well-suited for use as substitutes or as support for damaged hard tissues. However, unless these biomaterials also have a low Young's modulus similar to that of human bones, bone atrophy inevitably occurs. Because a low Young's modulus is typically associated with poor wear resistance, it is difficult to realize a low Young's modulus and high wear resistance simultaneously. Also, the superelastic property of shape memory alloys makes them suitable for biomedical applications, like vascular stents and guide wires. However, due to the low recoverable strain of conventional biocompatible shape memory alloys, the demand for a new alloy system is high. The novel body-center-cubic cobalt-chromium-based alloys in this paper provide a solution to both of these problems. We believe our novel alloys are promising candidates for biomedical applications.

論文

Lanthanide extraction using a thiodiglycolamic acid extractant; Effect of S-donor on lanthanide separation

下条 晃司郎; 藤原 伊織*; 大島 達也*; 横山 啓一; 矢板 毅

Analytical Sciences, 38(7), p.1003 - 1006, 2022/07

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Chemistry, Analytical)

$$N,N$$ジオクチルチオジグリコールアミド酸(DOTDGAA)はチオエーテル鎖によってアミド基とカルボキシ基を結合した硫黄ドナー配位子である。このDOTDGAAを新規に合成し、ランタノイドの溶媒抽出を行った。DOTDGAAのランタノイドに対する抽出能および選択性について、類似化合物である酸素ドナー配位子$$N,N$$ジオクチルジグリコールアミド酸(DODGAA)と比較し、ランタノイド分離におけるソフト・ハードドナーの影響について調査した。その結果DOTDGAAは全てのランタノイドを定量的に抽出し、特に軽ランタノイド、中ランタノイドに対して選択性を示した。一方、DODGAAは重ランタノイドに対して選択性を示した、スロープ解析の結果から、DOTDGAAはプロトン交換反応によりランタノイドを抽出し、1:3錯体を形成していることを証明した。また、抽出されたランタノイドは酸性溶液によって簡便に逆抽出できることが明らかとなった。

論文

Cycloidal magnetic ordering in noncentrosymmetric EuIrGe$$_3$$

松村 武*; 塚越 舜*; 上田 祥央*; 比嘉 野乃花*; 中尾 朗子*; 金子 耕士; 垣花 将司*; 辺土 正人*; 仲間 隆男*; 大貫 惇睦*

Journal of the Physical Society of Japan, 91(7), p.073703_1 - 073703_5, 2022/07

 被引用回数:0

Successive magnetic phase transitions in EuIrGe$$_3$$, an intermetallic compound with a body centered tetragonal lattice belonging to a polar space group I4mm, has been investigated by neutron diffraction and resonant X-ray diffraction. It is shown that EuIrGe$$_3$$ exhibits an incommensurate longitudinal sinusoidalorder with $$q{sim}$$ (0, 0, 0.792) and m$$_q{parallel}$$ c-axis in the high temperature phase, which changes to a cycloidal order with $$q$$ = ($${delta}'$$, 0, 0.8) ($${delta}'{sim}$$ 0.017) and m$$_q{parallel}$$ ac-plane in the intermediate phase. In the low temperature phase, the cycloidal plane rotates by 45$$^{circ}$$ to have $$q$$=($${delta}, {delta}$$, 0.8) ($${delta}{sim}$$0.012). It is also pointed out that the X-ray scattering amplitude from odd-parity magnetic quadrupole due to the polar environment interfere with that from normal even-parity magnetic dipole in the magnetic ordered phase.

論文

Deformation texture of bulk cementite investigated by neutron diffraction

足立 望*; 上野 春喜*; 諸岡 聡; 徐 平光; 戸高 義一*

Materials, 15(13), p.4485_1 - 4485_7, 2022/07

 被引用回数:0

Understanding of deformation mechanism of cementite such as slip plane are quite important to reveal and improve mechanical property of steels. However, deformation behavior of cementite has not been well investigated because of the difficulty of sample preparation having single phase cementite structure. In this study, by fabricating bulk single phase cementite samples using the method developed by the authors, deformation texture formed by uniaxial compression was investigated using both electron back scatter diffraction and the neutron diffraction. The fabricated sample had a random texture before the compression. After applying compressive strain of 0.5 at 833 K, (010) fiber texture was formed along compressive axis. It has been suggested from this trend that the primary slip plane of cementite is (010).

論文

Enhanced $$d$$-$$p$$ hybridization intertwined with anomalous ground state formation in the van der Waals itinerant magnet Fe$$_5$$GeTe$$_2$$

山神 光平*; 藤澤 唯太*; Markel, P.-A.*; Barnaby, S.*; 角田 一樹; 竹田 幸治; 岡田 佳憲*

Physical Review B, 106(4), p.045137_1 - 045137_8, 2022/07

Fe$$_5$$GeTe$$_2$$ is a van der Waals (vdW) coupled unconventional ferromagnetic metal with a high Curie temperature ($$T_{rm C}$$), exceeding 300 K. The formation of an anomalous ground state far below $$T_{rm C}$$ has attracted great interest, leading to a need to understand the spin-polarized electronic state near the Fermi energy ($$E_{rm F}$$) at low temperature. Despite recent extensive study, a microscopic understanding of the spin polarized electronic structure around $$E_{rm F}$$ has not been established yet due to the intrinsic complexity of both the crystal and band structures. In this work, we investigate the temperature dependence of element-specific soft X-ray magnetic circular dichroism (XMCD). Systematic temperature evolution in the XMCD signal from both magnetic Fe and its ligand Te is clearly observed. Importantly, the enhancement of the hybridization between Fe 3$$d$$ and Te 5$$p$$ states in the zero-magnetic field limit has been revealed. In light of the possible emergence of an exotic ground state, we discuss the temperature and magnetic field evolution of the element specific XMCD results.

論文

Measurements of radiation fields from a ceramic break

菖蒲田 義博; 外山 毅*; 吉本 政弘; 畠山 衆一郎

Proceedings of 13th International Particle Accelerator Conference (IPAC 22) (Internet), p.1663 - 1666, 2022/07

シンクロトロンでは、様々な目的でセラミックブレークが使用されている。例えば、J-PARCの3GeVシンクロトロンでは、入射ラインのマルチワイヤープロファイルモニター(MWPM)の間に挿入し、ビームに伴う壁電流がMWPMに影響するのを完全に防いでいる。一方、ビームインピーダンスやセラミックブレークからの放射場を抑制する観点からは、セラミックブレークの内面を窒化チタンでコーティングしたり、コンデンサで覆ったりすることが望ましいと考えられる。本報告では、コンデンサの有無によるセラミックブレークからの放射場とビームプロファイルを測定し、セラミックブレークが測定に与える影響について検討した。

論文

Regulation of strength and ductility of single-phase twinning-induced plasticity high-entropy alloys

Wei, D.*; Gong, W.; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 加藤 秀実*

Scripta Materialia, 216, p.114738_1 - 114738_6, 2022/07

 被引用回数:1 パーセンタイル:0.01(Nanoscience & Nanotechnology)

Near-equiatomic single-phase twining-induced plasticity (TWIP) high-entropy alloys (HEAs) exhibit a good combination of strength and ductility, but their modest yield strength requires further improvement. Here, we propose a strategy for markedly enhancing their strength while retaining satisfactory ductility, taking advantage of the temperature dependence of the stacking fault energy. The room-temperature strength of a representative TWIP HEA was improved by the cryogenic pre-deformation-induced dislocations, martensite, nanotwins, and stacking faults. The tensile properties were further tuned by subsequent annealing to obtain partially recovered or recrystallized microstructures. The influence of regulated microstructures on the yield strength was clarified by neutron diffraction line profile analysis. This study presents possibilities for fabricating advanced HEAs by tuning the substructures.

論文

六軸型マルチアンビルプレス「圧姫」を用いたJ-PARC PLANETにおける高圧下中性子実験

服部 高典

油空圧技術, 61(7), p.29 - 35, 2022/07

油圧技術の応用例として、6軸型マルチアンビルプレス「圧姫」とそれを擁するJ-PARC超高圧中性子回折装置PLANET、そこで行われた地球中心核の水素に関する研究を紹介する。

論文

Hydrogen absorption and diffusion behaviors in cube-shaped palladium nanoparticles revealed by ambient-pressure X-ray photoelectron spectroscopy

Tang, J.*; Seo, O.*; Rivera Rocabado, D. S.*; 小板谷 貴典*; 山本 達*; 難波 優輔*; Song, C.*; Kim, J.*; 吉越 章隆; 古山 通久*; et al.

Applied Surface Science, 587, p.152797_1 - 152797_8, 2022/06

 被引用回数:1 パーセンタイル:83.04(Chemistry, Physical)

水素貯蔵材料として重要な立方体形状Pdナノ粒子の水素吸収と拡散メカニズムをX線光電子分光とDFT計算を用いて調べた。表面領域では粒子の大きさによらず、ほぼ同様の水素吸収挙動を示した。四面体サイトよりも八面体サイトの水素占有率が大きいことがわかった。表面の乱れによってPd-H結合が弱くなるため、小さいサイズのPdナノ粒子に吸収された水素原子は、より活発に粒子内部に拡散することが分かった。これが低水素圧での水素吸着に重要な役割を果たしている。

論文

Analysis of the electric double layer structure formed in an ionic liquid using neutron reflectivity

田村 和久; 阿久津 和宏*; Cagnes, M.*; Darwish, T. A.*

ECS Advances (Internet), 1(2), p.020503_1 - 020503_5, 2022/06

中性子反射率測定によりイオン液体/Si電極界面の構造を調べた。部分的に重水素化した1-butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide ([BMIM]TFSA)を用いて、[BMIM]TFSA/Si(100)界面における、イオン液体分子の配向を調べた。実験結果は、負に帯電しているSi(100)電極表面では、電極表面に吸着しているイオン液体分子は、表面に平行に配向していることが分かった。

論文

研究用原子炉JRR-3におけるRI製造の再開

遠藤 章

Isotope News, (781), P. 3, 2022/06

日本原子力研究開発機構原子力科学研究所の研究用原子炉JRR-3は、2021年2月に10年ぶりに運転を再開した。その後調整運転を経て、7月から11月まで実験装置や照射設備の利用を行い、2021年の運転を計画通り終了した。この期間、Ir-192, Au-198を製造し治療用に供給するとともに、Mo-99製造に向けた試験照射にも着手した。これは、東日本大震災以降、国内で止まっていた原子炉によるRI製造の再開である。本稿では、JRR-3を利用した医療用RI製造の今後の取り組みについて紹介する。

論文

放射線遮へいガラスの微小塑性挙動に及ぼすレーザー照射の影響

涌井 隆; 山崎 和彦*; 二川 正敏

実験力学, 22(2), p.96 - 104, 2022/06

高放射化物のレーザー溶断技術の開発の一環として、放射線遮へいガラス及び無鉛ガラスに対してパルスレーザー照射試験及び押込み試験を行った。鉛含有量が低いガラスに比べ、鉛含有量が高いガラスの損傷が大きく、損傷発生の閾値が低かった。押込み試験結果を基に、カルマンフィルタ及び有限要素を組み合わせた逆解析により、ガラスの微小塑性挙動を表す材料構成式の定数を同定した。流動応力は、鉛含有量の増加とともに低下し、レーザー照射により低下した。一方、塑性流動抵抗値は、鉛含有量の増加とともに増加し、レーザー照射により増加した。非照射及び照射領域における破壊エネルギーとき裂先端周りの塑性領域寸法を実験結果を基に算出した。それぞれの値は、鉛含有量の増加とともに減少し、レーザー照射により低下した。

論文

Small-angle neutron scattering by spatially inhomogeneous ferromagnets with a nonzero average uniaxial anisotropy

Zaporozhets, V. D.*; 大場 洋次郎; Michels, A.*; Metlov, K. L.*

Journal of Applied Crystallography, 55(3), p.592 - 600, 2022/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.03(Chemistry, Multidisciplinary)

Micromagnetic theory well explains the magnetic small-angle neutron scattering (SANS) data of bulk ferromagnets. However, only the samples having random magnetic anisotropy are mainly handled. In this study, the micromagnetic SANS theory is extended to allow to analyze uniaxial magnetic anisotropy. Micromagnetic response functions for SANS are computed analytically for several practical arrangements of anisotropy and external magnetic field orientations. This theory agrees well with the experimental SANS data of a practical soft magnet and plastically-deformed Ni and successfully provides the uniaxial anisotropy quality factors.

論文

Various ordered states in Heisenberg FCC antiferromagnets with dipole-dipole interactions

横田 光史

Journal of the Physical Society of Japan, 91(6), p.064003_1 - 064003_7, 2022/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Physics, Multidisciplinary)

Heisenberg antiferromagnet on a face-centered cubic (fcc) lattice with a nearest-neighbor exchange interaction is known to order antiferromagnetically with type-I spin structure. On the other hand, Heisenberg magnet on a fcc lattice with only magnetic dipole-dipole interactions orders ferromagnetically. Both the antiferromagnetic nearest-neighbor exchange interaction and the dipole-dipole interactions introduce frustration into the Heisenberg magnets but differently. Here the Heisenberg fcc antiferromagnets, in which both interactions are included are investigated by numerically solving the Landau-Lifshitz (LL) equation. Various ordered states which include multi-K structures are obtained depending on the relative strength of the two kinds of interactions.

論文

Quantitative X-ray diffraction analysis of solute-enriched stacking faults in $$hcp$$-Mg alloys based on peak asymmetry analysis

江草 大佑*; 眞鍋 怜*; 川崎 卓郎; Harjo, S.; 佐藤 成男*; 阿部 英司*

Materials Today Communications (Internet), 31, p.103344_1 - 103344_6, 2022/06

 被引用回数:0 パーセンタイル:0(Materials Science, Multidisciplinary)

Based on X-ray diffraction analysis we attempt to quantify a volume fraction of stacking faults, which are essentially enriched by solute elements (solute-enriched stacking faults; SESFs) in Mg-Zn-Gd alloys with a hexagonal-close-packed ($$hcp$$) structure. We find that the SESFs with a local face-center-cubic stacking mostly occurs as a limited thickness less than several unit-cell dimensions, causing anisotropic broadening of the diffraction peaks including $$c*$$-component. By dealing the SESFs as intergrowth-like precipitates, we have successfully decomposed the asymmetric peak profile into the $$hcp$$-matrix and the SESF peaks, by which the relevant volume fractions can be estimated in a highly quantitative manner.

論文

Beam emittance growth due to the strong space-charge field at low energy of a high-intensity ion linac and its mitigation using an octupole magnetic field

地村 幹; 原田 寛之; 金正 倫計

Progress of Theoretical and Experimental Physics (Internet), 2022(6), p.063G01_1 - 063G01_26, 2022/06

高強度イオンリニアックの低エネルギー領域では、強い空間電荷場により、わずか数メートルの距離でビームエミッタンスが急速に増大する。このビームエミッタンスの増大は、ビーム損失や装置の放射化につながり、加速器機器の定期保守やビーム強度増強の際に大きな問題となる。本研究では、3次元粒子追跡シミュレーションと理論的考察に基づいて、空間電荷場によるビームエミッタンス増大の要因を調べた。J-PARCのリニアックをモデル化した数値シミュレーションによって、空間電荷場の非線形項が直接ビームエミッタンス増大とビームハローの形成を引き起こすことを明確にした。また、空間電荷場の非線形項の一つとして生じる八極磁場を用いて、ビームエミッタンス増大を緩和する方法を世界で初めて提案した。この方法をシミュレーションに適用し検証した結果、ビームエミッタンス増大を有意に緩和することに成功した。

論文

Improvement of neutron diffraction at compact accelerator-driven neutron source RANS using peak profile deconvolution and delayed neutron reduction for stress measurements

岩本 ちひろ*; 高村 正人*; 上野 孝太*; 片岡 美波*; 栗原 諒*; 徐 平光; 大竹 淑恵*

ISIJ International, 62(5), p.1013 - 1022, 2022/05

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01(Metallurgy & Metallurgical Engineering)

Neutron diffraction is a powerful non-destructive method for evaluating the microscopic structure and internal stress of metal plates as a bulk average. Precise neutron diffraction measurements with a high intensity neutron beam have already been carried out at large-scale neutron facilities. However, it is not easy to provide users with enough experimental opportunities. We are working on upgrading the neutron diffractometer with techniques of time-of-flight to enable stress measurements at RIKEN accelerator-driven compact neutron source (RANS). To improve neutron diffraction resolution, delayed neutrons, which expand neutron beam pulse width, should be suppressed. However, it is difficult to separate the delayed neutrons experimentally. In this study, a new analysis method has been proposed to deconvolute the diffraction peak from the delayed neutron component. Moreover, a new collimator system, called decoupled collimator system, has been developed to reduce the number of delayed neutrons. The diffraction patterns from a powder sample of pure body-centered cubic iron were measured with the decoupled collimator and the diffraction peak of {211} reflection was analyzed by the new analysis method using a model function of a single exponential decay function convoluted with a Gaussian function. By this method, the decoupled collimator system has been confirmed to achieve a smaller measurement limit of lattice strain $$Delta$$$$varepsilon$$ than a small-aperture polyethylene collimator system and a non-collimator system. The currently available $$Delta$$$$varepsilon$$ was 6.7$$times$$10$$^{-4}$$, this means that the internal stress up to 130 MPa can be well evaluated for steel materials with a Young's modulus of 200 GPa at RANS.

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