環境創成計画学講座

Ecomaterial Design and Process Engineering

環境調和材料強度学分野 Structural Materials for Eco-Friendly Systems

材料強度の原子論と格子欠陥制御工学
Atomistic of material strength and lattice defect control engineering

教授

丸山 公一

Professor

Koichi Maruyama

准教授

助教

吉見 享祐

鈴木 真由美Associate Professor

Kyosuke Yoshimi

Weight saving and mechanical property development of materials are very important issues forthe reduction of environmental burdens and the construction of infrastructure for the sustainable society.
Maruyama group is challenging to create new structural materials with the viewpoint of atomistic approaches
of material strength and deformation and lattice defect engineering in crystals.

Assistant Professor

Mayumi Suzukiの革新的高強度・高機能化基盤研究開発 」に参加し、損傷機構の解明を行なった。高Crフェライト鋼では図4（a）「長時間寿命推定法」の研究を担当している。のような，高密度の転位を含むラスマルテンサイト組織を火力発電プラントを長期間安全に運転するには，破壊取る。この材料を650℃で104h放置した後の組織を図4（b）に至る損傷プロセスを解明し，キーとなる損傷の発達をに示す。長期間高温にさらすとマルテンサイト組織の回復監視していく必要がある。損傷機構解明は，損傷の発達が進行し，これがこの種の鋼で最も重要な損傷機構であり，を防止したより高強度な高温材料の提供を可能にし，高それに基づいて高Crフェライト鋼のクリープ損傷がすべて大ひずみ加工を種々の材料に対して行うことが出来る．加効率，省資源な火力発電プラントの実現にも助けとなる。

解明できることを立証した。これらの研究に対して本年度

C60に代表されるフラーレンは第三番目の炭素同位体でえて，上記加工法と異なり加工中の流動応力と加工ひず

このような観点から，先進高Crフェライト鋼のクリープあり、新材料として様々な用途が検討・開発されている。

みの情報が得られるため，加工中の組織変化や強度変化

さらに我が国ではフラーレンの大量合成技術が確立され、について詳細な検討が可能であるという特徴を持つ．本

大型プラントによってフラーレンを安定的に供給すること研究室では純度の異なる金属アルミニウムに対して室温下が可能となっている。したがって、天然資源の乏しい我がでMDF加工を行い，加工中の組織微細化過程や機械的国にとってフラーレンは我が国が産出する豊富な人工資源性質について調査を行っている（図3，4）．

フラーレンを使ったプラズマ溶射による炭素膜作製であり、このことは資源戦略の観点からも重要である。そアルミニウム巨大ひずみ加工材の組織および強度は純度こで当研究グループでは、フラーレン合成メーカーと共同に大きく影響し，純度が高くなるとその組織微細形成能はで、フラーレンを使った応用技術の一つとしてプラズマ溶大きく低下する．この理由として，純度が高くなることで各射による炭素膜合成技術の検討を行った。これまでプラバッチ処理後に急速に生じる静的回復挙動が無視できなくズマ溶射法では、グラファイトがプラズマトーチ中で溶融なることと，加工中の転位が容易に移動・合一消滅しやすしないため、炭素単体の溶射膜の作製は不可能とされてくなることが挙げられる．特に純度99.999%のアルミニウムきた。しかし我々は、フラーレン分子性結晶の低い流動では室温で著しい静的再結晶が生じ，巨大ひずみ加工を応力と優れた可塑性によってプラズマトーチ中でフラーレ付与しても顕著な結晶粒微細化は生じない．また，結晶ン顆粒が固体でありながら液滴のように振る舞うものと予粒微細化が生じる比較的低純度のアルミニウムでは，微細測し（図1）、減圧プラズマ溶射装置で成膜を試みた。そ化の前段階として，旧結晶粒内の複数の方向にせん断帯の結果、ある溶射条件にて、緻密で強固な炭素膜を作製が発達し，その交点から新しい高角粒界が形成することがすることに成功した。図2に、作製された炭素膜および基わかった．従ってMDF加工においては，ミクロせん断帯の板（純鉄 ）の断面写真を示す。膜中の炭素構造は、溶射形成が結晶粒成長に大きく寄与していると考えられる．

条件によってフラーレンからナノ結晶化グラファイト、さら以上の成果は国内・国際会議にて発表されている．なお，にアモルファスカーボンへと変化することが分かり、プラ本研究は科学研究費補助金（特定領域研究）の支援によっズマ溶射法による単相炭素膜作製の可能性が示された。て遂行されている．

Fig.1 Schematic illustration of the plasma spraycoating of fullerenes.

は（社）
軽金属学会功績賞が授与された。

Fig.4 EBSD orientation maps of MDFed 4N aluminumwith 0.5 strain increment. （a）
Σε=2.0（b）
Σε=3.0（c）
Σε=5.0

Fig.2 Microstructure of a carbon coat on an iron substrateby the plasma spray coating process.

この成果は、2008年に開催されたThe 17th international federation for heat treatment and surface engi-

材料リスク評価のためのクリープ損傷機構解明

neeringおよび、米国Oak Ridge国立研究所のMaterials

地球温暖化防止に向けたCO2排出の抑制は、人類のScience & Technology Division’s Seminarで報告され重要な課題である。我が国のCO2の30%は化石燃料を燃た他、特許申請も進められている（特開2007-146274号）。

やす火力発電プロセスから排出されている。石炭は他のFig.5 Lath microstructure of 10.5Cr-2W-0.4Mo-1Cu-VNb
steel after aging at 650℃ for（a）11 h and（b）10000 h.

化石燃料より単位発電量当りのCO2排出が多いにもかか
多軸鍛造加工における金属材料の組織微細化過程

0多軸鍛造（Multiple Directional Forging, MDF）は形状

も石炭火力を利用するには、CO2の分別回収と、発電プ不変加工法の一種であり，適切な形状比の直方体試料をラントの高効率化が不可欠である。このような観点から近用いることで，理論上無限に加工を行うことが可能であ

年、石炭火力の高効率化に向けた複数のNEDOプロジェる．そのため，ECAP法，ARB法，HPT法等と同様，巨クトが始まった。当研究グループも、その1つ「鉄鋼材料

Coexistence Activity Report 2008

特筆すべき業績

わらず、多くの国々で石炭火力の利用が増している。今後

1. Award of 6th Light Metal R&D Furtherance Medal,K. Maruyama, on 10/5/2008.

Fig.3 Strain increment dependence of the saturated flow
stress in aluminums varying purity.

2.114th outstanding poster award of the Japan Light Institute of Metals, A. Shibata, M. Suzuki and K. Maruyama,"Effects of Heat-treatments on Microstructures of
Mg96Zn2Y2 Thixomolded® Alloy", on 10/5/2008.

アクティビティレポート 2008

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