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
教授

Atomistic of material strength and lattice defect control engineering

丸山 公一

Professor

Koichi Maruyama

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

高温材料の長時間損傷機構
ントが原発に代わる役割を果たしている。USC プラントは、長期間安定した運転を求められているが、プラント設計時の寿命に近付きつつある物が多く、構造部材の残存寿命の高精度評価が重要課題となっている。USC プラントに使う高Crフェライト鋼では、焼戻しマルテンサイトラス組織がその高ン優秀賞を受賞した。

究極の耐熱性を有する超高温材料の創製と超高温特性の評価ことにある。したがって、現在人類が直面している石油資源の広範囲な分野で構造材料及び機能材料として利用されている。

最先端・次世代研究開発支援プログラムの支援を受けることとこの系の合金は熱処理によって析出する微細なナノスケール枯渇問題を回避するためにも、高効率燃機関の提案に向けた新規な超高温材料の開発は急務である。そこで当グループで数である。材料中でのは、高融点金属であるモリブデンの高融点、高強度、そして資原子の拡散距離が短源の豊富さに着目し、Mo-Si-B 三元系合金の状態図およびい短時間クリープ条件

金属組織学的研究、粉末材料プロセッシングの検討、超高温では、クリープ試験条特性の評価、さらには Mo-Si-B 合金に基づいた新規な超高件によらず、a は同じ温材料の探索等々を進めた。図 2 に、当グループで明らかにし値を取る。 原 子が 十た、1800℃における Mo-S-B 三元系平衡状態図を示す。こ分拡散し、析出物が成の状態図の決定によって Mo-Si-B 合金中の相平衡の問題が長・合体する長時間ク解決され、正確で緻密な Mo-Si-B 合金の設計が可能となっリープ条件でも、⑴式た。また当グルーの比例関係は成立す

プ は、 こ の Mo-金について講演した（図 3）。 最先端・次世代研究開発支援い。 当グループでは、原子分解能分析電子顕微鏡を始めとすプログラムによって支援されている研究テーマ「究極の耐熱性る透過型電顕を用いた化合物相の結晶構造解析、析出組織を有する超高温材料の創製と超高温特性の評価」の詳細は、観察をもってAl 合金の組織制御、強度向上への貢献を目指す。

http://www.ultra-htm.org/ に掲載している。

日本金属学会第 4 回格子欠陥制御工学研究会にて若手優秀講演賞を受賞した。

特筆すべき業績
1. H
 23年8月にカナダで開催された国際会議
THERMEC’2011において、丸山公一教授がTHERMEC’2011 Distinguished Awardが授与された。
2.最先端・次世代研究開発支援プログラム（H23.2–H26.3）

Ecomaterial Design and Process Engineering

ここで do はラス幅の
初 期 値、a は比 例 係

3. 市民公開講座「東北大ブランドの最先端・次世代材料を語る」
H23.12.28、於せんだいメディアテーク
Fig.4 HAADF-STEM images of precipitate with two kinds of morphology.

Si-B 合 金 中 の構 成 相である Mo

Fig.5 Average HAADF-STEM images of two different crystal structures.

や 、 M o 5S i B 2、組織の熱的回復がより顕著になる高温あるいは低応力（長寿Mo3Si が炭化チタ命）では、a が増大する。 実プラントは長時間クリープ条件でン（TiC）と相平衡使われることが多く、当分野では時間依存型の a 値を使った残することを世 界で寿命評価が必要であることを提案した。そして、高 Cr フェライト

初めて見 出した。

鋼のデータベースに基づく残寿命評価の具体的方法を開発中

こ の 発 見 に よっである。 当分野のこれらの研究成果に対して、Internationalて、 M o - S i - B 合

Conference on Processing and Manufacturing

金 に TiC を 安 定

Act̲06環境創成-十一.indd 56-57

や高速輸送機関、宇宙航空機関、エレクトロニクスや建材など評価され、吉見准教授は平成23年2月から平成26年3月まで、

めその組織は非常に複雑となり析出挙動を理解することが難しる原因は目的に適った高強度な耐熱材料が提供できていない

CoexistenceActivityReport2011

発に新たな一歩を踏み出すこととなった。こういった取組みが環境創成計画学講座

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時効硬化型 Al 合金は、中、高強度軽量材料として自動車

この系では非常に多くの種類の化合物が材料中に存在するた関で理想的な断熱仕事がなされていないためであり、その主たofてきた低密度化を実現できるようになり、新規超高温材料の開の一般を対象とした市民公開講座を開催し、「火を司（つかさ

劣化の指標となるラス幅 d の増大は、ひずみεに支配され、は短時間試験条件よAl 合金：ナノスケール析出物の結晶構造ど）る超高温材料」というタイトルで吉見准教授が Mo-Si-B 合は熱力学が示す理想的な値に比べて低くなる。これは、燃機り大きい。また、ラスて、これまで Mo-Si-B 合金が克服すべき課題の一つと言われAward が授与された。また関連研究の発表で、当分野の学生

ス組織の劣化過程を計測・評価する必要がある。ラス組織

Fig.1 Subgrain coarsening during short-termand long-term creep of grade 91 steel as afunction of creep strain.

的に分散させることができるようになった。さらにこの発見によっが、日本鉄鋼協会第162回秋季講演大会学生ポスターセッショ

ど熱効率は向上することがよく知られているが、実際の熱効率る。しかし、比例係数

Junya Nakamura

化合物相によって著しく強度を増す材料であり、材料を強化すが強度を失い破壊する。したがって、残存寿命評価では、ラ⑴Assistant Professor

Kyosuke Yoshimi

中村 純也

るためのカギとなるのが化合物相の析出を制御する事であるが、燃機関の基本原理から、燃焼ガスの温度を高くすればするほd – do = a ε		Associate Professor

で、12月には宮城県せんだいメディアテークで、高校生以上温強度を支え、クリープ変形でラス組織が回復すると、材料次式で表現される。

助教

吉見 亨祐

なった。また、平成 23 年 10月に東京工大大岡山キャンパス
Advanced Materials に お い て、Thermec Distinguished

福島原発事故の後、超々臨界圧蒸気火力発電（USC）プラ

准教授

Fig.2 Mo-Si-B ternary phase diagram at 1800℃ .

Fig.3 Open class on Tohoku Univ. next-generation, world-leading materials held at
Sendai Medaitheque on Dec. 28th, 2011.

アクティビティレポート2011

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