日本金属学会会報

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入門
講座

平成29年 1 月 1 日発行（ 毎月 1 回 1 日発行）

第一原理計算による転位構造解析と合金設計
中性子線による金属材料の組織と弾塑性変形挙動の解析（Ⅰ）〜測定対象と方法〜「新技術・新製品」■

56

http://jim.or.jp/

Vol.56 No.1 ISSN 1340-2625

MTERE2 56（1）1〜54（2017）2017

http://www.jim.or.jp/journal/m/（←まてりあ記事オンライン）

http://www.jim.or.jp/journal/m/

2017
Vol.56
No.1◎

会告原稿締切毎月 1 日
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翌月号(1 日発行)掲載です．

巻頭言

年頭のご挨拶

紹介

公益社団法人日本金属学会の組織と活動概況 …………………………………………………3

最近の研究

第一原理計算に基づく転位構造解析と合金設計

白井泰治 …………………………………………………………………………………1―マグネシウムの延性向上への取り組み―

都留智仁 …………………………………………5

非経験的な合金設計と元素戦略に基づく代替元素探索として，第一原理計算を用いた合金元素の変形への影響を理解するアプローチを紹介．

入門講座

中性子線による金属材料の組織と弾塑性変形挙動 の解析()～測定対象と方法～ 友田 陽 ………………………………………………………………………14
ナノ・ミクロ因子のバルク平均値を測定してマクロ特性の定量的理解を深めることのできる中性子散乱回折法の利用について紹介．

新進気鋭

真にナノスケールのインデンテーション試験による複合材料硬度測定法
増田秀樹 ……………………………………………………………………………………………………20

新技術・新製品

パワーモジュール用アルミ一体型基板の開発
小山内英世

結城整哉

井手口

悟

菅原

章 ………………………………………………………24

チョクラルスキー法による Fe
Ga 基磁歪合金の大型単結晶製造技術の開発
南部十輝

安藤宏孝

渡邊清和

高橋和也

上野敏幸

川又

藤枝

鈴木

透

俊

福田承生

茂 ……………………………………………………………27

船舶の衝突安全性に資する包括的材料ソリューションの開発
市川和利

大川鉄平

白幡浩幸

柳田和寿

中島清孝

小田直樹

山田安平

戸澤

紙田健二

船津裕二 ………………………………………………30

秀

動的析出強化を活用した自動車排気部品用耐熱フェライト系ステンレス鋼(NSSC
429NF, NSSC448EM)の開発
濱田純一

林

篤剛

神野憲博

小森唯志

伊藤宏治

福田

望

井上宜治 ……………………33

合金鉄溶解炉による資源循環システムプロセスの開発
加藤勝彦

浅原紀史

小川雄司

平嶋直樹

府高幹男

兼川

賢 …………………………………36

研究室紹介

材料組織形成をシミュレートする

塚田祐貴 ……………………………………………………39

はばたく

これまでの研究生活を振り返って

寺本武司 ……………………………………………………40

本会記事

会告 ………………………………………………41
支部行事 …………………………………………48
掲示板 ……………………………………………48
会誌・欧文誌 1 号目次 …………………………49

次号予告 …………………………………………50
新入会員 …………………………………………51
行事カレンダー …………………………………52
訂正 ………………………………………………54

会誌・欧文誌・まてりあの投稿規定・投稿の手引・執筆要領，入会申込書，刊行案内はホームページをご参照下さい．
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表紙デザイン北野玲

複写をご希望の方へ

本会は，本誌掲載著作物の複写に関する権利を一般社団法人学術著作権協会に委託しております．本誌に掲載された著作物の複写をご希望の方は，(一社)学術著作権協会より許諾を受けて下さい．但し，企業等法人による社内利用目的の複写については，
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年 頭 の ご 挨 拶
公益社団法人日本金属学会

会長

白

井

泰

治

皆様，新年明けましておめでとうございます．
年頭に当たりまして，今事業年度にこれまでに実施されました主な事業と，理事会等で議論され，実施に移されました事項等をご報告申し上げます．
まずは，会長就任のご挨拶(まてりあ第 55 巻第 6 号 7 頁)で述べさせていただきました産業界との連携強化と財政基盤の安定化対策としての，維持員(企業・団体会員)制度の導入について，ご報告いたします．ご承知のように，本会は公益社団法人への移行に際し，企業・団体を会員とする維持員制度を廃止いたしました．社員に関する権利を持たない会員の会費は使用目的に限定のない寄付とみなされて一般正味財産となり，公益法人として満たすべき財務基準(収支相償，遊休財産規制)に適合しない恐れがあることから，維持員を終了し，指定正味財産となる使途を限定した刊行事業拡充
賛助寄付金を導入しました．しかし，公益法人移行後の収支状況の悪化により，公益法人として満たすべき財務基準に抵触する可能性は低いことが明らかとなりました．一方で，寄付金を指定正味財産としたために，事業に使うためには，年度末前にあらかじめ収支相償を満足する範囲で一般正味財産へ振替えることが必要となり，また他の事業に使用できないことから，寄付金を事業に有効に活用することが困難となっておりました．その一方で，産業界からの声が，活動に反映されにくい状況となっておりました．そこで，この状況を改善すべく，昨年度来の度重なる理事会の議論を経て，企業や団体を会員とする維持員制度を復活することといたしました．2016年10月 6 日の臨時社員総会において，「本会の目的に賛同し事業を支援する法人または団体」を維持員として本公益社団法人の構成員とする定款の改訂が満場一致で承認されました．旧維持員との違いは，各団体から推薦された個人に正員資格を与え，新たに設けた本部枠の代議員・理事の被選挙権を与える点です．この中から最大4 名の方が本部枠理事として社員総会で選任され，理事会で直接産業界からのご意見・ご要望等をご発言いただくこととなりました．今後，より緊密な産官学連携と財政基盤の安定化を通じて，本会の更なる発展が期待されます．
本事業年度に実施された大きな事業としては，2016年 8 月 1 日から 5 日までの 5 日間にわたり，国立京都国際会館において，PRICM9(第 9 回環太平洋先端材料とプロセシング国際会議)が，本会の主催で盛会裏に開催されました．ご承知のとおり，PRICM は，環太平洋 5 カ国(中国，韓国，米国，オーストラリア，日本)が共同主催し，1992年からほぼ 3 年ごとに開催されています．日本は第4 回会議(2001年)の主催国でありましたが，米国での同時多発テロ September 11による不測の事態でやむなく中止しており，今回の第 9 回会議が日本での初めての開催になりました．古原 忠組織委員長(東北大学)と梶原義雅特別顧問(前事務局長)のもと，事前に計 8 回にも及ぶ国際，国内組織委員会を開催して，周到な準備が進められました．その結果，28カ国から1,132名の参加があり971件の講演が行われ，活発な議論と情報交換そして研究者間の緊密な国際交流が行われました．財政的にも大きな黒字となり，本会の経常収支にも大きな貢献をいただきました．組織委員はじめご関係各
位に厚くお礼申し上げます．

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

2016年秋期講演大会は，14年ぶりに大阪大学で開催されました．さらに今回初めて豊中キャンパ
スでの開催となりました．豊中キャンパスには大阪大学の全学共通教育のための講義棟が完備されており，そこを使わせていただくことで，かつてないほどコンパクトで会場間の移動も大変効率が良い，理想的な講演会場となりました．掛下知行大会実行委員長はじめ，関西地区の実行委員の皆様方のご尽力に厚くお礼申し上げます．また快く会場をご提供いただきました大阪大学の西尾章治郎総長，本講演大会を工学研究科共催としていただき，運営面および財政面で多大なご支援をいただきました田中敏宏工学研究科長に深く感謝申し上げます．秋期大会の講演総数は926件で，主な内訳は一般講演447件，公募シンポジウム講演162件，ポスターセッション221件です．昨年の秋期大会より 9件増加しており，近年続いていた講演数の減少に歯止めがかかったようにも見えますが，さらに魅力的な講演大会にするための改革が必要と考えます．そして，金属およびその関連材料の学術および科学技術分野におけるハブ学会としての役割を果たし続ける責務があると思います．

本会は，2013年 3 月 1 日に公益社団法人に移行しましたが，移行後初めて昨年10月 3 日に内閣府
公益認定等委員会の立ち入り検査を受けました．仙台の本会事務局応接室に 2 名の調査官が来られ，本会側は会長，山村英明事務局長，早坂 修経理担当副主任と公認会計士が対応しました．27
年度の事業報告，28年度の事業計画書を基にし，法令上作成することとされている書類の確認，社
員総会・理事会の招集・開催・決議等のガバナンスが適正に行われている事，個別の事業が適正に実施されている事，財産管理や会計処理等の財務管理が適正に行われている事を，書類・現物を確認しながら検査されました．終了後，社員総会・理事会・役員に関する手続き等のガバナンス，各公益目
的事業の実施，財務管理もきちんと行われており，理事会の出席率も高いと肯定的な講評をいただくことが出来ました．公益社団法人化を計画後，時間をかけ慎重かつ丁寧に定款，細則および諸規程の改訂を進め，また公益法人移行後も，事業の公益目的事業化および財政の収支相償等の実現ならびに法人運営におけるセルフガバナンスの強化等に尽力してこられた，多くの役員の方々と事務局のご尽力の賜物と，この場を借りまして厚くお礼申し上げます．
最後に日本金属学会誌および Materials Transactions の状況についてご報告いたします．後者の欧文誌については，インパクトファクター(IF)の下げ止まりに成功しつつあります．これは，編集委員，査読者の先生方の公正で厳密な査読によって，質の低い論文の掲載が抑えられてきたことに負う
ところが大きいと考えられます．しかしより積極的に IF を向上させるためには，会員の皆様から，質の高い論文を積極的に投稿していただくことが最も重要と考えます．少しでもご協力いただけるよ
うに，今後は引用回数の多い論文10編を JSTAGE の Recommended Papers に表示することにいたしました．是非ご投稿をお願いいたします．日本金属学会誌につきましては，日本語であるために低い IF に甘んじていますが，会員特に若手会員や現場の技術者向けの啓発的役割を考慮し，母国語の歴史ある専門誌を今後も維持していきたいと考えます．一時は論文数が減少し危機的状況になりましたが，投稿掲載費用を無料化することで投稿論文数を増やすことに成功しました．また現在は，編集委員のご尽力により，和文誌，欧文誌ともに，優れた特集記事やオーバービュー，レビューを積極的に企画いただいています．このような状況が今後も続くことを期待します．なお，両誌のより継続的な発展を図るため，これまで理事から選ばれていた編集委員長を，今後は編集委員会からの推薦を受け理事会で承認し，任期も 2 年(再任可)とすることになりました．
以上，思いつくままに本会の近況を書かせていただきました．会員諸氏からの忌憚のないご意見と，叱咤激励を期待いたします．
最後になりましたが，本会は本年 2 月14日に創立80年を迎えます．これまでの諸先輩およびご関係の皆様の本会へのご尽力，ご貢献に深く感謝申し上げるとともに，本会のさらなる発展および会員各位のご健勝とますますのご活躍を祈念致しまして，年頭のご挨拶とさせていただきます．
2017年 1 月 1 日



巻

頭

言

公益社団法人日本金属学会の組織と活動概況
公益社団法人日本金属学会は，『金属に関する理論ならびに工業の進歩発達をはかること』を目的とした学術団体としで開催しており， 2016 年 8 月には，国際会議「 PRICM9 」
を開催しました．

て，本多光太郎先生の提唱により 1937 年(昭和 12 年) 2 月 14

調査・研究事業 では，重要な企画，統治，長期展望に関日に創設され，本年で創立 80 周年を迎えます．その間，する「企画委員会」，「セルフガバナンス委員会」，「長期展望2013 年(平成 25 年) 3 月 1 日には公益社団法人に移行いたし委員会」が設置されています．また，関連が深い専門分野のま した．会 員数は平 成 28 年 2 月 末時点で国 内外合わ せて研究者や技術者が集う 6 つの分科で構成された「分科会」

5,148名で，金属及びその関連材料に関する研究成果を世界の活動を推進しており，先端領域や学際的領域の研究課題にに発信する学会として活動を展開しています．近年は，社会対する研究を促進する目的で「研究会」が活動しています．

基盤材料をはじめエネルギー材料，エコマテリアル，電子・さらに，「戦略推進委員会」や「科研費委員会」では，金属

情報材料，生体・福祉材料，材料と社会と対象分野も拡大

及びその関連材料分野の学術及び科学技術の振興に向けた材

し，組織図に示すように，最高議決機関である「社員総会」，

料戦略活動を行なっています．一方，「人材育成委員会」で業務執行決定機関の「理事会」，業務監査機関の「監事」のは，次世代を担う人材を育成することを目的として，出前講

下で，「委員会」，「支部」，「事務局」により，学術誌や学術

義や高校生向けホームページの作成等の活動を実施していま

図書の刊行，講演会や講習会の開催，調査・研究，表彰・奨す．「男女共同参画委員会」では，女性の社会進出を支援す

励の事業を行っています．

るために，男女共同参画学協会連絡会との連携や鉄鋼協会合刊行事業 では，会報「まてりあ」を毎月刊行し，会員に

同男女共同参画委員会活動を実施しています．また，国内外配布しています．また，和文の学術論文誌「日本金属学会誌」の学術団体との交流も盛んに行っており，「国際学術交流委

および，材料系 12 学協会と共同刊行している英文の学術論員会」では，IOMMMS との World Materials Day Award の文誌「 Materials Transactions 」を毎月刊行して，研究成果授賞をはじめ，米国 TMS との講演大会へ研究者の相互派を国内外に広く発信しています．「日本金属学会誌」では年遣，韓国 KIM との共同シンポジウム開催等を実施していま

間約 120 編の論文が，「 Materials Transactions 」では年間約す．

360編の論文が掲載されています．また，金属及び関連材料に関する「学術図書類」を刊行しています．

表彰・奨励事業 では，「名誉員」や「学会賞」を始めとして，優れた研究や技術開発の成果を上げた者や当該分野の発講演会・講習会事業 では，最新の研究成果を発表・討議展に寄与した者の表彰や今後の貢献が期待される者の奨励をするとともに，会員間の交流を図ることを目的として，春秋目的とした「各種賞」で，毎年 20 件の表彰・奨励を行って2 回の「講演大会」を開催しています．講演大会は約 800件

います．

の講演，約 1,400名の参加で開催されています．また，春期
講演大会では，卓越した業績を挙げた者による「本多記念講

全国の支部 も活発に活動しており，各支部で独自に講演会・講習会，研究会，見学会などを実施しています．

演」を開催しています．さらに，専門知識の普及や啓発，教育を目的として「セミナー・シンポジウム」や講習会を開催しています．また，国際会議もこれまでに 24 件を本会主催

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

日本金属学会は 21 世紀の日本を背負って立つ研究者や技術者の入会を大いに歓迎いたします．

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第一原理計算に基づく転位構造解析と合金設計―マグネシウムの延性向上への取り組み―
都

留

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仁
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る．近年，六方晶 Mg に対する二元系希薄合金の機械特性

.

緒

言

の体系的な実験により，Y，Ce などの一部の合金元素では，0.05 at のごく微量な添加によって Mg 合金の延性を大きマグネシウム(Mg)は構造用金属材料で最も比重が低く，く向上させることが知られてきた(6)．だたし，同様の効果を地球上に豊富に存在する元素であることから，省エネルギー

生む元素の多くが希土類元素であり資源的に希少かつ高価な社会の実現において軽量構造材料の有望な候補として期待さことから，延性向上のメカニズム解明とともに，代替材料のれている(1)．とりわけ輸送機器では，自動車の車体軽量化に開発が期待されている．

よる燃費改善効果が高く(100 kg 当り 0.40.8 L(2))，車重比

希少元素の代替材料開発は元素戦略の重要な研究であり，率の高いフレームや駆動系統などのより多くの構造部材で

原子・電子構造に立脚した構造材料に対する強さとねばさのMg 合金の応用が望まれている．しかしながら， Mg 合金は両立に向けた取り組みが推進されている(7)．合金元素と機械

六方晶構造( HCP )に由来する塑性異方性により変形能に乏特性の関係は，通常固溶原子と転位の相互作用による強化機

しく，成形性，疲労強度，衝突安全性の向上が実用化に向け構で説明される． Mg 合金においても Mg 3Al 1Zn ( AZ31 )た重要課題となっている．

合金の Al や Zn などの多くの合金元素で強化が生じる．そ構造材料の機能向上のアプローチとして，「組織制御」との一方，通常の強化機構では Mg 合金の塑性異方性にわず「合金化」が単相の材料設計の基礎として古くから広く行わ

かな変化を生じるのみであり，強化は実現されるが延性は依れてきた．組織制御に対して，加工による転位密度や結晶粒然として低い．Mg 合金の機械特性に関する一つの特徴とし径がもたらす機械的性質への影響は体系的に理解され，組織て，高温で塑性伸びが大きく上昇することが知られており，制御による材料開発が積極的に行われている．Mg 合金に対その要因として高温域における非底面すべりの活性化である

する組織制御では，微細粒化によって強度と延性が向上すると考えられている(8)．添加元素による延性の向上には粒径のことが知られており，双晶界面の減少や非底面すべりの活性変化などの組織変化が寄与しないことから，微細粒化と異な化によることが指摘されている(3)(4)．しかしながら，Mg 合るメカニズムとして，高温変形で生じるような非底面すべり

金では立方晶合金に比べて加工性が極めて低く，一般に加工が延性向上に重要な役割を果たすと考えられる．本稿では，時の温度や集合組織の制御に多くの困難を伴う．

転位論と第一原理計算を用いて，合金化による機械特性への合金化による材料設計は，強度や靱性などの機械的性質，

影響を非経験的に評価するための合金設計手法を提案すると融点などの熱力学的性質，耐食性などの化学性質の機能向上

ともに，具体的な対象として，Mg 合金の延性向上のメカニを目的として行われる．Mg 合金においては，MgAlZn に

ズムと合金設計指針について紹介する．

よる AZ 系合金や Mg遷移金属希土類元素による長周期積層構造を有する合金が開発され(5)，Mg 合金の欠点である腐.

積層欠陥エネルギー

食性や可燃性の改善が図られてきた．一般に Mg 合金は低温での加工性が乏しいことから，加工による組織制御に先立Mg などの六方晶金属の変形は底面，柱面，錐面のすべり

つ機械特性向上のための積極的な合金設計が特に重要とな系と双晶によって生じる．六方晶 Mg 合金では，底面すべ国立研究開発法人日本原子力研究開発機構研究副主幹(〒3191195 茨城県那珂郡東海村大字白方 24)京都大学 構造材料元素戦略研究拠点拠点准教授
Alloy Design and Mechanical Properties: Firstprinciples Calculations of Dislocation Core; Tomohito Tsuru (Nuclear Science andEngineering Center, Japan Atomic Energy Agency (JAEA), Ibaraki. Elements Strategy Initiative for Structural Materials (ESISM),
Kyoto University, Kyoto)
Keywords: dislocation core, theory of dislocations, alloy design, firstprinciples calculation, magnesium alloys
2016年 8 月31日受理[doi:10.2320/materia.56.5]

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan図1

HCP 金 属 の 変 形 モ ー ド ．転 位 の す べ り 系 と 引張・圧縮双晶面．

り，柱面すべり，一次錐面すべり，二次錐面すべり，引張・圧縮双晶が知られており，それぞれ対応する面を図に示

図2

純 Mg のすべり面と双晶面に対する一般化 SF エ
ネルギー表面．横軸は底面，柱面，錘面()，引張双晶は[ 112̃0 ]方向，錘面()は[ 11̃00 ]方向の変位，縦軸は各面上で横軸と直交する方向の変位を表す．

図3

図 2 の最小エネルギー経路に沿った一般化 SF エ
ネルギーと変位の関係．

.

Peierls
Nabarro(PN)モデルの理論と応用

す ． こ れ ら の 変 形 機 構 の う ち ， Mg で は 底 面〈 a 〉転 位 のPeierls 応力が他の機構が作動する応力に比べて極めて低い．
Schmid 因子が小さい場合でも他のすべり系の臨界せん断応

力よりも数十分の一以下と小さいために塑性変形の異方性を生じ，それが加工性の悪さの要因となっている．すべり変形に着目すると，積層欠陥( SF )エネルギー(9)は転位の構造と運動を決定する重要な特性であり，第一原理計算などの原子モデルを用いて比較的低い計算コストで精密に評価することが可能である．本研究では，すべり面の法線方向に最低 18層の原子面を持つ原子モデルに対して，上部半分の原子をすべり面に沿った任意の方向に変位させ，すべり面の法線方向の自由度のみを緩和したときのエネルギー変化を一般化 SF
エネルギーとして解析した．第一原理計算には密度汎関数理論( Density functional theory; DFT )に基づく電子状態解析
コ ー ド と し て Vienna

AbinitioSimulation

Package( VASP )(10) を用いた．以降の全ての計算に対して，交換相関汎関数に PerdewBurkeErnzerhof(PBE)による一般化勾
配 近 似 ( GGA ) に 基 づ く 汎 関 数(11) ， k 点 サ ン プ リ ン グ にMonkhorst Pack アルゴリズム(12) を用い，平面波のエネル

ギーカットオフは 400 eV とした．まず，純 Mg のすべり特性を理解するため，各すべり面に対する一般化 SF エネルギ
ーとそれぞれの面上の矢印で示す Burgers ベクトル方向に沿ったエネルギーをそれぞれ図，図に示す．底面〈a〉す

古典 PN モデル

べりのエネルギーは他の非底面すべりに比べて極端に小さく

一般化 SF エネルギーからすべり変形に対する基礎的な傾底面すべりが顕著な Mg の特徴を再現している．柱面上の向を予測することができる一方，実際の転位の構造や運動を〈a〉すべりは底面〈a〉すべりに次いで低く，一次錐面の〈a〉す記述することはできない． Peierls(13)と Nabarro(14)は図にべりは柱面〈 a 〉すべりよりも大きい． c 軸方向のすべり変形

示すような格子上の転位の描像を考え，転位の構造はすべり

は〈c＋a〉すべりとして生じることも一般化 SF エネルギーか面を挟んだ二つの半無限弾性体とすべり面上における格子のら確認でき，一次錐面と二次錐面の〈c＋a〉すべりが生じる．

相 対 的 な 変 位 に よ っ て 記 述 さ れ る と 仮 定 し た Peierls 

なお Ti や Zr などの c/a 比が小さいものは底面と柱面の傾向

Nabarro(PN)モデルを提案した．PN モデルでは，すべり面が逆になり，これらも実際の特徴と一致する．

における相対的な変位を次式のように定義することですべり



最近の研究

数で表現するためであり，部分転位などの 2 次元に広がった転位を再現できないなどの自由度の制限による．また，Jo áos らのモデルでは Peielrs 応力が復元力の逆数で与えられる転位芯幅の指数関数で表されるため，最大復元力の精度に大きく依存する．


準離散変分 PN モデル

上記の問題に対して，Bulatov らは原子列に対して離散化された変数系を用いて三次元空間の自由度を有する準離散変
図4Peierls Nabarro モデルにおける格子転位の模式
図．

分 PN(SVPN)モデルを提案した(17)．転位芯密度は隣接する原子列の局所的な勾配として ri ＝( di － di－1 )/( xi － xi－1 )で与えられる．このとき，転位の弾性エネルギーとミスフィット
エネルギーは離散化されたすべり変位と転位芯密度による関面( y ＝ 0 )を挟んだ格子ミスマッチ( Disregistry )を記述し，さらに x 軸方向に沿って変位が分布を持つことを許容している．

d(x)＝u(x, 0＋)－u(x, 0－).

数の総和として，次式で与えられる．
1
Uelastic＝∑ xij[Ke( r(i 1)r(j 1)＋r(i 2)r(j 2))＋Ks r(i 3)r(j 3)].
i , j 4p

(1)

xij＝

このような変位成分は無限小の Burgers ベクトルを持つ転位の集合と考えることができ，局所的な勾配(転位芯密度)を

3
qi, j qj, j－1＋ci－1, j－1＋ci, j－ci, j－1－cj, i－1.
2

qi, j＝xi－xj, ci, j＝用いて次式のように定義される．ここで，式( 2 )の全領域における積分が Burgers ベクトルと等しい．

((2)r(x)dx＝d(＋/)－d(－/)＝b.

(3)

x ＝x ′＋/f

1 2
qi, j ln|qi, j|
2

Umisrit＝∑Dxg3d(di).

) dx′≡r(x′)dx′.

dd( x)
)＝
db(x′
dx

－/

(8)

(9)

i

ここで， r(i 1) ～ r(i 3) はそれぞれ，刃状，垂直，らせん成分の転位芯密度， Ke， Ks は刃状転位とらせん転位のエネルギー係数， Dx は原子列の間隔である．転位による全エネルギー

これらの変位によって生じる応力が格子の復元力 F と釣りは式( 8 )と式( 9 )の和で与えられ，転位芯の安定構造は全合うときに次式の PN 方程式が満足される．

エネルギーを数値的に変分することで求めることができる．

/

f)r( x ′＝F(d(x)).
dx′
－
′
x
x
－/

K
2p

(4)

また，転位に外力が負荷された時の仕事を合わせた全エネル
ギーを変分することで，外力下の転位構造が得られるととも

ここで，K はエネルギー係数と呼ばれる弾性係数であに，負荷応力を徐々に増加させた際に安定な解が得られなくり(15) ，復元力をシヌソイド系の解析関数と仮定して PN 方

なり，転位が運動を始めるときの最小の負荷応力が求まる．

程式の解析的な解が得られる．同様に，遠距離相互作用を除

この応力は Peierls 応力に相当する．SVPN モデルは，原理いた転位によるエネルギーは，無限小の転位が生じる弾性相

的に転位線方向の自由度に分割すれば曲線転位の解析が可能

互作用と，面間のミスフィットポテンシャルによって次式のであり，また式( 9 )の g3d にすべり面の法線方向の変位を考ように与えられる．

慮した SF エネルギーを用いることで微小転位線素の三次元

Utot[r(x)]＝Uelastic＋Umisfit.
Uelastic＝－

/

ff
f

K
4p

)ln|x－x′|dxdx′r ( x ) r( x ′
.

－/

(5)

/

(6)

－/

＋/

g(d(x))dx.

Umisfit＝(7)－/

空間の自由度で解析することができる．しかしながら，このような解析は原子スケールに相当する解像度になるため PN
モデルの利便性は失われる．本研究では，Mg 合金に対してすべり面法線方向の自由度にだけ緩和計算を行った一般化
SF エネルギー表面を用い，直線転位に対してすべり面上の転位の安定構造は式( 5 )のエネルギー汎関数の変分によっ

二次元方向の自由度を考慮した転位芯構造と運動を検討して得られることになる．実際のミスフィットエネルギーはすた．ここで，エネルギー係数は表に示す第一原理計算よりべり面を挟んだ離散的な原子列の総和で与えられる． Jo áos

求めた値を用いた．

と Duesbery はミスフィットポテンシャルと復元力を一般化

一般化 SF エネルギー表面のサンプリング点は底面と柱面SF エネルギーとその勾配として PN モデルに導入し，最大復元力を用いて Peierls 応力の定式化を行った(16)．以上のよ
うに，古典 PN モデルはすべり面間のミスフィットの関数と

表1

Mg の 底 面 お よ び 柱 面〈 a 〉転 位 に 対 す る エ ネ ル
ギー係数．

して転位に関する知見が得られるが，PN モデルから予想さ

底面〈a〉

れる Peierls 応力は実験結果と数桁も異なることが知られている．これは古典 PN モデルでは，一方向に沿ったすべりを仮定してミスフィットポテンシャルをその変位成分のみの関

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DFT

柱面
〈 a〉

Ke(GPa)Ks(GPa)Ke(GPa)Ks(GPa)

3.88

2.93

4.10

2.98



図5

図6

合金元素添加に対する柱面の〈a〉方向に沿った一
般化 SF エネルギーの変化．( a ) Al, ( b ) Zn, ( c )Y 添加の場合．

図7

SVPN モデルから得られた Y 添加による転位芯構造の変化．

格子位置に対する[ 112̃0 ]方向の格子ミスマッチ(disregistry, d (x ))と転位芯密度( r( x ))の分布．
(a)，(b)底面転位と(c)，(d)柱面転位の場合．

ともに 16 × 24 とし，任意の変位成分に対するエネルギー表面の勾配の解析に双三次スプライン関数を採用した．純 Mgの底面と柱面の〈 a 〉刃状転位に対して，図 2 の一般化 SF エ
ネルギー表面を SVPN モデルに適用して得られた転位芯構
造を図に示す．図の転位密度から底面転位と柱面転位で転位芯構造は大きく異なる．底面転位は二つのピークを持っており，実験で観察される部分転位への分解に対応している．
ま た ， SVPN モ デ ル か ら 得 ら れ た 底 面 転 位 と 柱 面 転 位 のPeierls 応力はそれぞれ 1 MPa, 49 MPa となり，実験結果をよく再現することが確認される．次に，合金元素による柱面
すべりへの影響を検討するため，合金元素が SF エネルギーに与える影響を検討した．AZ 系 Mg 合金で用いられる Al，ーの低下に伴って，弾性ひずみを緩和するために転位芯は拡Zn と Y 元素が柱面のすべり面上に固溶している場合を考張することで転位芯構造が大きく変化し，Y 添加による SFえ，すべり面上の濃度が異なる場合の図 1 の矢印に沿ったエネルギーの低下が転位構造に有意な影響をおよぼすことが一般化 SF エネルギーの変化をそれぞれ図( a )～( c )に示確認される．さらに，濃度が 11 at と 25 at で得られた

す．すべり面に異種元素が存在するとき，多くの場合すべり

Peierls 応力はそれぞれ 14 MPa と 8 MPa となり，純 Mg の運動の障害となるため SF エネルギーは上昇する．本解析で柱面の場合と比べて大きく低下する傾向を示すことがわかっも，Al と Zn ではすべり面上の濃度の増加に伴って SF エネ

た．これらの傾向から，Y 添加によって底面/非底面すべり

ルギーが同程度上昇することが確認される．このとき，古典の塑性異方性が低減され，延性の向上に重要な役割を果たす

PN モデルからエネルギー勾配に関連づけられる復元力が上ことが予想される(18)．

昇するため， Peierls 応力は上昇すると考えられる．一方，

以上のように，第一原理計算によって得られた一般化 SF

Y がすべり面上に存在するとき，SF エネルギーが極端に低エネルギーを SVPN モデルに適用することで，すべり面上

下 す る こ と が わ か っ た ． こ の と き ， Al や Zn と は 逆 にに広がった転位芯構造を非経験的に評価することができる．

Peierls 応力が低下することが予測される．本研究では， Y

また，合金化による SF エネルギーの変化から転位芯構造や添加によってもたらされる特異な一般化 SF エネルギー変化

Peierls 応力を比較的低い計算コストで予測することが可能に対する転位構造への影響を詳細に評価するため， Y 固溶である．その一方，PN モデルは転位の物理的描像をよく再を考慮した一般化 SF エネルギー表面を用いて SVPN 解析

現したモデルであるが，転位の特性を SF エネルギーから決を行った．得られた転位芯構造を図に示す． SF エネルギ

定することに起因した欠点を有している．転位の近傍に合金



最近の研究

元素が分布している場合，その影響は SF エネルギーに対すた．図(a)に示すように，転位は x，y 軸方向に単位格子をる寄与として評価されるため，転位の弾性場との直接的な相12× 6 並べた288原子を持つスーパーセル内に双極子と四重互作用でなくすべり運動への影響として得られる．また，極子として挿入される．転位芯半径を b / 4 とし，転位芯近SF エネルギーは合金元素を含んだ系のすべりに対する平均傍の特異場の d 関数を Gaussian 関数を用いて smearing す的な寄与として評価される．すなわち，転位と合金元素の局

ると， NG ＝ 40 で十分収束することが確認された．このと所的な相互作用は考慮されない．そのため，合金系への適用

き，双極子と四重極子配置によるひずみ場は図 8(b )に示すはあくまで傾向を予測するための方法として用いるものとす

ように周期的であることが確認される．次に，ある位置におる．

ける周期的な変位場は，実空間上の基準点からのひずみ場の双極子間の特異場を横切らないパスを用いた経路積分によっ.


周期転位の理論と第一原理計算て得られる．

f

周期系の転位双極子の弾性場

uj(rb)＝uj(ra)＋dlk Dkj.

(12)

patha→b

合金元素が転位に及ぼす影響は，転位と合金元素との間の式(12)から図 8(b)に対して得られた z 方向の変位場 uz の分

弾性相互作用と化学的相互作用によってもたらされる．近布を図 8( c )に示す．ここで， x 方向に 128， y 方向に 72のサ

年，マルチコアによる高性能な計算処理能力を持つ計算機環

ンプリング点を用いて数値的に経路積分を行った．図 8( c)

境が研究室レベルで実現できるようになり，第一原理計算をかららせん転位の拘束条件が満たされることが確認できる．

用いて格子欠陥を直接計算することが可能になっている．空また， uz は y 方向に対して周期的でなく，線形的に変位が孔，不純物クラスター，粒界構造などの格子欠陥に対する第増加する繰り返し境界であることがわかる．最後に，双極子一原理計算が行われ，実験によって求めることが困難な様々と四重極子配置の弾性エネルギーの寄与を式( 11 )を用いてな特性に対して多くの知見が得られている．その一方，平面評価した． Mg に対する弾性係数 c11 ＝ 62.4, c33 ＝ 70.9, c12 ＝

波基底を用いた第一原理バンド計算では周期境界条件が課さ22.0, c13＝ 21.9, c44 ＝ 11.7 GPa を用いて得られた転位の相対れ，欠陥構造が生じる弾性場を注意深く検討する必要があ

位置に関する弾性エネルギー変化を図に示す．双極子配置

る．空孔やクラスターによるミスフィットひずみによる応力は四重極子配置に比べて転位が相対的に移動する際のエネル

は距離 r に対して 1 / r 3 で減衰し，粒界構造が生じる応力はギー変化が大きい．これは，平衡位置からわずかな変位に対数原子層程度の局所的なものであることが知られていることしても配置による弾性エネルギー寄与が大きいことを示してから，数百原子程度のモデルでサイズの影響は収束し，欠陥いる．そのため，転位の解析には転位移動による弾性エネル

構造による特性を首尾良く再現することができる．一方，孤立転位の弾性場は r に反比例して減衰する長距離応力場を持つため(19) ，原子モデルで孤立転位を扱うことはサイズの制限から困難である．そこで，バンド計算による転位の取り扱
いには周期境界中に存在する転位双極子を考える．周期境界中の転位の場は，孤立転位の場を用いた周期的に存在するイ
メージ双極子の重ね合わせや(20)(21)，転位配置を周期関数で表すことができる場合 Fourier 展開によって表すことができる(22)(23)．後者の方法を用いて，転位の周期的な分布によって生じるひずみ場を Fourier 展開によって次式の様に表す．

D(r)＝∑DÃ (G) exp (iG･r).

(10)

G

ここで， D ( r )は r におけるひずみテンソル， G は逆格子ベ
クトル， DÃ ( G )はひずみテンソルに関する Fourier 係数である．転位に沿った方向の単位長さ当りの弾性エネルギーは DÃ(G)に関して次式で与えられる．
W c＝

1
Ac cijkl∑DÃ ij(G )DÃ 
kl ( G ) .
2
G

(11)

ここで，Ac は転位双極子を含む単位領域の面積，cijkl は弾性係数である．ひずみ場は，転位によって課されるトポロジカ
ルな制約条件下で全弾性エネルギーを最小化するように選ばれる．
本研究では，六方晶金属に対する Burgers ベクトル a / 3〈112̃0〉のらせん転位を対象とし，z 軸を Burgers ベクトルの方向， x 軸を[ 0001 ]， y 軸を[ 11̃00 ]または[ 11̃01 ]方向とし

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図8

周期系の転位構造の模式図．(a)スーパーセル内の転位双極子と四重極子配置．(b)双極子と四重極子配置に対する exz 成分と eyz 成分のひずみ分
布．( c )双極子と四重極子配置に対する z 方向の変位分布．(オンラインカラー)



図9

図10

HCP Mg, Ti, Zr に対する第一原理計算から得られた〈a〉転位の安定構造．(オンラインカラー)

図 11

純 Mg の底面，柱面，錐面上を運動する転位の( a )エネルギー変化と( b )柱面上を転位が移動する際の転位芯構造の変化．(オンラインカラー)

双極子と四重極子配置の転位の相対位置に対す
る弾性エネルギー変化．

ギー寄与を小さくするために，一般に四重極子配置が用いられる．以上の弾性場に対する検討により，四重極子配置のユニットセルの各原子位置に対して，変位場の解を与えたもの
を初期構造として与え，第一原理計算を行った．


転位の第一原理計算と合金元素の影響

 で得られた転位モ
HCP 金属の Mg, Ti, Zr に対して， 4.

デルを用いて，第一原理計算により構造緩和を行った結果を図に示す．ここで，構造緩和は共役勾配法によりエネルギー勾配が 0.005 eV/Å 以下になるまで行った際の転位構造をDifferential displacement ( DD )ベクトル(24) を用いて示している． HCP 金属に対する転位芯構造は c / a によって異なることが知られている．第一原理計算の結果からも， c / a ＝1.614と理想比に近い Mg では底面の積層欠陥エネルギーが非常に低いことを反映して，底面上に大きく拡張した構造が最も安定であることが確認できる． Ti と Zr はそれぞれ c / a＝1.581と1.599と非常に近い c/a 比を持ち，柱面上を運動す
る転位が最も安定と考えられてきた．しかしながら，本解析
では Zr が従来の知見と同様に柱面上に広がっているものの，
Ti では(11̃01)錐面に拡張した特異な転位芯構造が安定であることがわかった．近年，このような転位芯構造の違いがTi と Zr の変形機構の違いに影響を与えることが指摘されており(25) ，第一原理計算に基づく転位芯構造の解析は重要な役割を果たしている．
本稿では，Mg 合金に対する転位運動について詳細に述べる．図10の純 Mg の〈a〉らせん転位が，底面，柱面，錐面を運動する際のエネルギー変化について検討を行った．ここで，それぞれの面を移動したと仮定して得られた安定配置をることが確認される．そこで，柱面上の転位の移動に着目

終状態として，11レプリカイメージによる NEB 計算によっし，最小エネルギー経路上の一部の転位の様子を DD マッてエネルギー変化と遷移状態を求めた． NEB 解析から得らプを用いて示した．遷移状態の転位芯構造から，底面に拡張れたエネルギー変化と柱面上を移動する転位芯構造の変化をした転位が柱面上を運動する際には転位が収縮し，交差すべそれぞれ図( a )と( b )に示す．底面上の転位の移動のエネりを生じる必要があることがわかる．さらに，移動に必要なルギー障壁は非常に小さく，底面転位が極端に運動する実験

エネルギーの大部分が拡張した転位の収縮に要する一方，一

結果とよく一致する．また，柱面と錐面上を転位が運動する

端収縮した転位が非底面を運動する際のエネルギー障壁はそ

際には底面に対して数十倍もの大きなエネルギー障壁を越えれに比べて十分小さいことがわかった．

る必要があり，Mg の構造に起因した塑性異方性の要因とな

図 11 の始状態と終状態では転位芯構造は全く同じである

最近の研究

図 12

純 Mg の柱面上を運動する転位のエネルギー変化．(a)第一原理計算による結果と弾性エネルギ
ーと積層欠陥エネルギーを考慮した解析解の比
較．(c)解析解から得られるスーパーセルサイズ
の依存性．
図 13

が， 0.018 eV のエネルギーの違いが生じている．この違い
は図 9 で示した転位の相対位置の変化と y 軸に沿った z 方向の線形変位による弾性エネルギー寄与に相当し，部分転位への拡張によってその影響が大きくなっている．この拡張した転位と収縮した転位において，第一原理計算と弾性論による

純 Mg の転位芯を構成する Mg 原子の部分電子密度と局所状態密度．(a)拡張転位の積層欠陥と( b)収縮した転位の－ 2～ 0 eV のエネルギーにある部分電子密度．( c )積層欠陥部と( d )収縮した
転位の局所状態密度．黒は無欠陥の Mg 原子，
赤と青はそれぞれ( a )と( b )の Mg 原子の色付けと対応する．

エネルギーを比較したものを図(a)に示す．部分転位の収縮のエネルギーは弾性解と積層欠陥エネルギーによって正確に記述されるとともに，第一原理計算のスーパーセルの大き一，第二近接に存在する Mg 原子の s, p 軌道と合金元素の dさによって周期境界中の弾性エネルギーの寄与が大きく影響

軌道の部分状態密度を評価した結果をそれぞれ図( b )，することが確認される．転位の移動を考慮した場合のエネル( c)に示す． Al と Zn 近傍の Mg 原子は電子状態に大きな変ギー変化に対するスーパーセルのサイズ依存性は図12(b)の化を生じない一方，Y や Ti では Fermi 準位近傍の p 軌道がように予想することができ，部分転位に拡張する Mg では

変化することがわかった．同様の傾向が，Ca や Zr について特に大きいことがわかった．なお，相対位置を変えない転位も観察された．この状態は，図13(d)の転位が収縮した状態

運動のエネルギー変化が得られれば上記を考慮する必要はなの Mg の電子状態に類似しており，合金元素によって Mg

いが，合金元素が含まれる場合などでは相対位置をそろえるの欠陥構造の局所的な安定性に変化が生じる可能性を示唆しことが困難であるため弾性エネルギーの寄与を評価する必要ている．合金元素が Mg 中に固溶するとき，Fermi 準位近傍がある．

で Al や Zn は d 軌道の状態は存在しないか非常に少ないが，転位芯構造を決定する要因を検討するため，転位芯を構成

Y, Ca, Ti, Zr は近い傾向を示し， Fermi 準位近傍に多くのする Mg 原子の電子状態を詳細に検討した．拡張転位の積状態が存在する．このことから，これらの合金元素は Mg

層欠陥部と収縮した転位の転位芯近傍の Mg 原子の部分電との間に p d 軌道間の混成を生じ Mg の状態に大きな影響

子密度と局所状態密度をそれぞれ図( a )と( b )および図 13を与えると考えられる． Mg 中で d 軌道の状態が異なる Al( c )と( d )に示す．その結果，純 Mg においても，転位構造と Y を例に，実際に転位近傍に固溶した場合の転位芯構造

によって電子状態がわずかに異なることがわかった．大きくと電子密度を図に示す．Al では図14(b)が示すように Mg

拡張した転位では電子状態は完全結晶中のものと大きな変化との電子的な相互作用は見られず，その結果 Al が転位のごがないが，収縮した転位では Fermi 準位近傍の p 軌道で局く近傍に存在しても純 Mg の場合と同様に拡張転位として所的に大きな変化が生じている．次に，合金元素による電子存在する．一方で， Y では周囲の Mg 原子の電子構造を大状態について，完全結晶中に合金元素が添加されたときの第きく変化させ，拡張していた転位は収縮した状態に変化する

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan



図 14

Mg 中に合金元素が固溶した状態の局所状態密度．( a )合金元素と近傍の Mg 原子．( b )合金元
素近傍の Mg に対する s ， p 軌道．それぞれの色は(a)の位置の Mg 原子に対応する．(c)Mg 中に固溶した合金元素の d 軌道．

図15

転位芯近傍に Al と Y が存在する場合の転位芯構
造の DD ベクトルと電子密度分布．

図 16

転位芯近傍に Y が存在する場合に転位が柱面上を運動する際の( a )エネルギー変化と( b )移動過程の転位芯構造の変化．

る効果を生じることが確認された．その結果，底面と非底面ことが確認された．これにより， Y などの一部の合金元素の塑性変形の異方性が低減し，延性が向上する要因となるこ

では Mg の電子状態を変化させ，拡張転位よりも収縮したとが明らかになった(26) ． Mg の底面すべり以外の塑性変形

転位が安定になる効果を生じることが予想される．最後に，の素過程として，〈c＋a〉転位の運動についても第一原理計算

図 11 の純 Mg と同様の解析を行い， Y が固溶した場合の転によって詳細なすべり運動が明らかになっており(27) ， Mg

位運動の移動エネルギーと遷移状態を図に示す．純 Mg

合金の脆性破壊の要因となる双晶変形に対しても，実験と第における転位の非底面運動から予想されるように，収縮した一原理計算との連携によって一部の元素の固溶によって界面転位の運動のエネルギー障壁は小さいため， Y 添加によっ

強化がなされることが確認されている(28)．以上のように，て収縮した転位の柱面への運動は純 Mg のものと比べて大電子状態に基づく解析によって合金元素がもたらす機械特性

きく低下することがわかった．以上の解析から， Y 元素近への影響を体系的に評価することが可能になり，希土類元素

傍で拡張転位が収縮して交差すべりに必要なエネルギーを低などの希少元素を用いない元素戦略に基づく合金設計への応減することにより，柱面などの非底面すべりを生じやすくす用が期待される．



最近の研究

文
.

結

献

言

本稿では，合金化による転位運動の変化に起因した機械特性に関して，転位論と第一原理計算に基づく非経験的な評価手法を提案し，Mg 合金へ応用した一連の結果について紹介した． Mg 合金の研究を始めた当初は，高々 0.05 at の Y
添加によって塑性伸びが数十も向上するという実験結果から， Y には界面強化などの局所的な特性だけでなく，塑性
変形の機構そのものを変える重要な働きが隠されていることが期待されていた．本稿の解析から， Y 添加によって柱面転位の Peierls 応力の低下，底面の拡張転位の収縮による非底面転位の活性化が生じ，塑性異方性が低減されることが示された． Y は Mg 中の転位に対して，体積ひずみによる弾性応力場や転位の張出しなどのこれまでによく知られた力学的相互作用だけでなく，電子間の相互作用に大きな影響を及
ぼし，転位芯構造を変化させうることが明らかになった．このような効果は古典的なモデルから予測することは不可能であり，マトリクスとなる元素と添加元素の組み合わせによって全く異なるため，第一原理計算に基づく評価が重要な役割を果たす．
代替元素探索のための元素戦略として， Y とともに一部の元素が塑性異方性の改善に寄与することが示されたが，合金設計は固溶の熱力学的安定性や破壊に及ぼす影響などの総合的な視点から進める必要がある．たとえば，Ca, Ti, Zr は底面の部分転位に対して Y と同様の効果を生じることが期待される一方，Ca は双晶界面で脆化傾向を生じ，Ti は熱力
学的に Mg にほとんど固溶しないため， Y の代替元素としては不十分である(28) ． Mg 合金に対する機械特性向上の取り組みは道半ばであるが，熱力学，変形，破壊などの重要な特性を非経験的に評価することが可能になり，電子状態に基づく体系的なアプローチが今後の体系的な合金設計の一翼を担うことを期待する．
本研究の一部は， H23H27 トヨタ自動車株式会社との共同研究「構造用六方晶金属の機械的性質における計算科学的研究」， JSPS 科研費 JP16K06714 の助成を受けて行われた( 1 ) Magnesium and Magnesium Alloys, eds. by M. M. Avedesianand H. Baker, ASM International, Materials Park, OH,(1999).
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( 6 ) H. Somekawa, M. Yamaguchi, Y. Osawa, A. Singh, M.
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561.
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(21) W. Cai, V. V. Bulatov, J. Chang, J. Li and S. Yip: Phys. Rev.
Lett., 86(2001), 57275730.
(22) T. Mura: Proc. Roy. Soc. A, 280(1964), 528
544.
(23) M. S. Daw: Comput. Mater. Sci., 38(2006), 293297.
(24) V. Vitek, R. C. Perrin and D. K. Bowen: Philos. Mag., 21(1970), 10491073.
(25) E. Clouet, D. Caullard, N. Chaari, F. Onimus and D. Rodney:
Nature Mater., 14(2015), 931936.
(26) T. Tsuru and D. C. Chrzan: Scientific Reports, 5(2015), 18.
(27) M. Itakura, H. Kaburaki, M. Yamaguchi and T. Tsuru: Phys.
Rev. Lett., 116(2016), 225501.
(28) H. Somekawa and T. Tsuru: Scripta Mater., Submmited.

ものである．原子力機構の山口正剛 博士，板倉充洋 博士，★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
2006 年 10 月

物質・材料研究機構の染川英俊 博士をはじめ，共同研究を通じて多くの方々から有益な助言をいただきました．研究の一部は，カリフォルニア大学バークレー校に客員研究員として留学中に行われたものであり， D. C. Chrzan 教授から数多くのご指導をいただきました．深く感謝申し上げます．
都留智仁

大阪大学大学院工学研究科博士後期課
程修了
2006 年 11 月～ 2007 年 3 月 大阪大学大学院工学研究
科 日本学術振興会 PD
2013 年 2 月～ 2014 年 8 月 カリフォルニア大学バークレー校 客員研究員
2008年 3 月～現職
専門分野計算材料力学◎金属材料の欠陥構造と力学特性に関する計算科学研究に従事．大規模原子シミュレーションや第一原理計算による欠陥構造解析を中心に活動．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan中性子線による金属材料の組織と弾塑性変形挙動の解析()―測定対象と方法―
友･ は じ

め

に

田

陽

･ 中性子線利用の特徴

金属材料の応力状態とミクロ組織の評価・解析に電子線，実験に用いられる中性子線は原子炉あるいは加速器により

X 線，中性子線等の量子線散乱回折が利用されている．ビ

発生される．定常波の前者では単色化して角度分散( Angu-

ーム径を 0.1 nm 程度まで絞れる電子線は空間分解能に優れ

lar Dispersion: AD)法が，パルス中性子線の後者では飛行時

るが透過力が弱く薄膜あるいは試料表面層の情報のみが得ら間( Time of Flight: TOF )法が使われることが多い． 2 つのれる．一方，中性子線はサブ mm 程度の空間分解能である

方法の違いについて回折を例にブラッグの式を用いて説明すが，原子核および不対電子のみで散乱するため透過力は強くる．

物体内部あるいは全体の情報を得るのに適している． X 線
は両者の中間的特徴を有する．中性子線は JIS 規格の材料試

2dhkl sin u＝l(1.1)

ここで dhkl は hkl 格子面間隔，u は入射角(散乱角の 1/2)，l験片全断面を対象にしても多重回折の影響は小さく，通常，は波長である．波長一定の中性子線を用いて u を変化させな運動学(kinetic)回折理論のみで扱われ，動力学(dynamic)回

がら回折強度を計測する方法が AD 法であり，パルス中性

折理論による解析を必要としない．薄膜作製や鏡面研磨等の子線を用いて異なる波長 l の中性子が検出器へ到達するま

面倒な試験片加工を必要とせず機械部品等はそのまま測定ででの時間を計測して回折プロファイルを得る方法が TOF 法

きる利点がある．ミクロ組織と弾塑性変形挙動の定量的関係( u 固定)である．いずれの方法も横軸を式( 1.1 )により dhkl

を解析するには nm ～ cm のサイズ範囲をカバーする微視的に変換して，得られた回折強度をプロットできるので，測定～巨視的観察・測定が望まれる．しかし，空間分解能と透過対象が l か u かの違いである．

能が両立する探索子は存在しないことから「樹をみて森もみ

中性子線による測定法には，回折，小角散乱，透過イメーる」研究を進めるためには，複数の測定法を併用する必要がジング(ブラッグエッジほか)を始め反射率，非弾性散乱，即ある．

発 g 線分析等の多様な方法があり，応力・組織評価に汎用さ本講座では，中性子散乱回折法による応力・組織の測定法

れる最初の 3 つの概要を図.に示した．ここで，( a )は光とその特徴を概説し(第 1 回)，続いて材料製造プロセス中

学系，(b)は小角散乱と回折で得られるスペクトルの模式図のミクロ組織形成(第 2 回)，弾塑性変形(第 3 回)におけるで，ブラッグエッジスペクトルは回折等の残渣に相当する．

時分割その場測定の現状を解説する．

図の横軸は散乱(あるいは波数)ベクトルの大きさ q(＝4p sin

u /l )である．実際の測定例を後の図 1.4, 1.7, 1.8 で示す．そ物質・材料研究機構・NIMS 特別研究員(〒3050047 つくば市千現 121)
Characterization of Microstructures and Elastoplastic Deformation Behavior of Metals and Alloys Using Neutron Beam (1) ―Targets
and Methods of Measurements―; Yo Tomota(Research Center for Structural Materials, National Institute for Materials Science,
Tsukuba)
Keywords: neutron beam, diffraction, small angle scattering, Bragg edge, profile analysis, transmission
2016年 2 月 1 日受理[doi:10.2320/materia.56.14]

入 門 講 座

れぞれ得られる知見が異なるので，単独測定のみでなくハイ定(照射)領域( gauge volume )内に含まれることが望まし

ブリッド測定も行われる．

い．そのため， X 線の透過し易い合金でも結晶粒径が数 10

試料に入射された量子線入射強度( I0 )の試料内飛行距離(x)の増加に伴う減衰は次式で表される．
I(x)＝I0 exp(－mx)

mm の試料では，巨視的平均情報を得るためには 5 mm × 5
mm 程度の中性子線を使うのが好ましい．

(1.2)

･ 残留応力(弾性ひずみ)の評価

ここで，I(x)はビーム強度，m は吸収係数を表し，熱中性子線(波長 0.2 nm )および高エネルギー X 線(波長 0.03 nm )における I(x)と x の関係は図.のようになる．Fe に対する中電子線， X 線，中性子線を問わず回折法では，金属材料

性子線と高エネルギー X 線の透過を比べると大きな差があ中の構成相の格子面間隔 dhkl の変化から弾性ひずみを測定しる．透過法により鉄鋼材料の観察を行うには，電子線の場合て線形弾性構成式(Hooke の式)により応力を算出する(1)．

sij＝Cijklekl

は数 10 nm 厚さ，実験室 X 線では数 10 mm ，高エネルギー(1.3)

X 線ではサブ mm の薄膜にする必要があるが，中性子線で

ここで，sij と ekl は応力とひずみのテンソル，Cijkl は弾性係

は数 cm の厚さでも測定が可能である．空間分解能は電子線数を表す．応力を求めるには，主軸が既知の場合でも直交 3が最も優れており，次に X 線，中性子線の順になる．した

方向の線ひずみが必要であるため，ある方向の弾性ひずみ測がって，表面あるいは薄膜を対象にした結晶粒内のナノ・ミ

定のみで終わり応力が求められない場合がある．

クロ組織分布や応力分布は電子線や X 線を用いて測定し，実用金属材料の多くは複数以上の構成相からなる多結晶体

試料深部もしくは試料全体の平均情報を中性子線で測定するである．熱処理や塑性加工を受けた材料のミクロ組織状態にのが好ましい．巨視的平均を求めるには数千個の結晶粒が測対応して生じる残留応力は，第一種応力(試料平均巨視的応力)，第二種応力(構成相内の平均値相応力および〈hkl 〉
結晶粒群の平均値粒応力)，および第三種応力(結晶粒内の変化量粒内応力)に分けられる(1)(2) ．外力負荷なしの場
合，たとえば相応力は残留相応力と呼ぶべきであるが，外力下でも同様な分類になるので簡単のため本稿では「残留」を省略し，巨視的応力，相応力，粒応力，粒内応力と呼ぶ．図.は引張塑性変形を受けた二相合金試料の断面における残留応力分布の模式図である．平面応力状態の試料表面は拘束が少なく内部に比べて塑性変形し易いので，引張塑性ひずみが大きく除荷すると圧縮応力が残留する．ミクロ組織との関係に注目すると，塑性変形の大きい軟質相と小さい硬質相の残留応力は異なり，巨視的応力との差を相応力(圧縮および引張)と定義する．また，同じ構成相内でも個々の結晶粒によって塑性ひずみが異なり，「巨視的応力と相応力の和(図参図 1.1

中性子線の試料による散乱回折と散乱ベクトル
q(a)およびスペクトル(b)の模式的説明(低角回
折 1 →低角回折 2→ 2u ＝ 90°
回折→背面回折と分解能が高くなる．透過線ベクトルと散乱回折ベ
クトルのベクトル差が散乱ベクトル q と呼ばれる)．

照)」に対する「引張方向〈hkl 〉の結晶粒群における平均値」の差が粒応力である．さらに，個々の結晶粒内において転位

図 1.3
図1.2

中性子線および X 線の減衰曲線．

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan引 張変 形 後の 2 相合 金 の残 留応 力 分布 の 模式
図第一種(巨視的)，第二種(相および粒)と第三種(粒内)残留応力の説明．

図 1.4

TOF 法によるフェライトオーステナイト 2 相鋼の中性子回折プロファイル( S. Harjo 匠/ J 
PARC による測定例)．

組織等の格子欠陥に起因する残留応力の変化が第三種応力(粒内応力)である．したがって，物体内の任意の点における応力は，巨視的応力，相応力，粒応力および粒内応力の総和で表される(3)．ここでは，二相合金における応力測定と解析法について説明するが，単相合金の場合は相応力をゼロと置

図1.5

中性子線および X 線回折により求めたインコネ
ル・低合金異材溶接部の残留応力分布と EBSD/
Wilkinson 法による残留応力分布(挿入図)．

けばよい．
中性子 TOF 法で得られたフェライト(a: bcc)オーステナ
イト(g: fcc)二相鋼の回折プロファイル例を図.に示す．個で，単相合金でも二相合金でも式(1.3)と式(1.6)を用いて巨視的応力を算出することができる．

々の hkl 回折ピークは多くの結晶粒の中で散乱ベクトルと一方， AD 法においては回折弾性係数(回折ヤング率 E Dhkl

〈hkl 〉が同じ方向を向いた結晶粒群からの中性子回折の総和

および回折ポアソン比 n Dhkl)と呼ばれる値を用いて式(1.5)ので，ピーク中心位置から平均{hkl }面間隔 dhkl が求められる．

ehkl から巨視的応力が同定されている． E Dhkl と n Dhkl はあらかl 一定のとき，式(1.1)より

じめ引張外力(巨視的応力)を負荷しながら軸方向とその垂直

Dd＝－cot u･Du
d

(1.4)

方向の ehkl を実験で求めて決定するか， Kr äoner モデル(4) 等の理論計算によって与えられる．hkl 回折面がひとつの場合なので，回折分解能は図1.1(a)において背面(u→90°)を使うに使われる便宜的な方法である．詳細は割愛するが，一般のと高くなり，低角(u→0°)になるほど低下する．

X 線応力測定でもひとつの hkl 回折を選択し回折弾性係数を応力が存在しない状態の面間隔 d 0hkl が既知であると〈 hkl 〉
粒群の散乱ベクトル方向の粒ひずみがdhkl－d 0hkl
ehkl＝
d 0hkl

用いた効率的な測定法が用いられている．
インコネル・低合金鋼溶接部材(板厚 25 mm )の残留応力(1.5)

測定例(5)を図.に示す．試料表面の残留応力分布は X 線回折で測定される．中心部(表面から 12.5 mm )の応力は中性で与えられる．ここで回折対象となる〈hkl 〉粒群はその直角

子回折でのみ測定でき，他の手法では得られない貴重な結果

方向には種々な〈 hkl 〉を有するので，直交 3 方向のひずみをが得られる．ただし，測定ゲージ体積 2 mm×2 mm×2 mm

同じ結晶粒群に対して測定することはできない．

内の平均値である．応力腐食割れを検討するためには粒界近図 1.4 に示すようにリートベルト解析によって精緻化した

傍や個々の結晶粒内部の応力分布の知見が重要なので，切各構成相の格子定数( aphase )を求めれば，次式により 3 方向

断・研磨後に SEM / EBSD 法で測定を試みたが，挿入図のの相ひずみが得られる．

ように切断による応力緩和後の定性的な傾向しか得られなか

aphase－a0phaseephase＝a0phase(1.6)

ここで， a0phase は無応力状態の格子定数である．各構成相のった．物体深部の結晶粒内の応力分布を測定する非破壊検査
法は存在しないので，各種測定法による結果と計算シミュレーションを組み合わせて総合的に検討することが望まれる．

単相多結晶体におけるバルク弾性係数を用いて式(1.3 )により各構成相が負担している応力(s aij, s gij)を計算すれば，力のつり合い条件により巨視的応力(s Aij )が算出される．
g g
a a
＝
＋
sA
s
f
s
ij
ij f
ij

･ 集合組織および構成相体積率の測定(1.7)

中性子回折を用いると光学系を固定した状態で測定試料を

ここで， f a と f g は構成相の体積率であり，巨視的応力との回転するのみで完全極点図を得ることができ，試料全体を代g
A差，(s aij－s Aij )と(s ij－ s ij )が相応力である．二相合金では，表する方位分布関数( ODF )を得ることができる．入射線内

これらの巨視的応力と相応力に加えて図 1.3で示したようにに試料を完浴させた測定の様子を図.(a)に示す．球状試料

粒応力と粒内応力が重畳する．ここで，式(1.7)において f gを作製すれば吸収補正の必要もなく最も正確な測定法となる

a＝0 とおけば s A
ij ＝ s ij となり a 単相鋼の場合になる．すなわ(立方体でもほとんど問題ない)．(b)は AD 法により求めた

ち， TOF 法では多くの hkl 回折ピークが同時に得られるのIF 鋼の完全極点図である(6)(7) ．これらは試料表面層のみの



入 門 講 座

図 1.7市販 2 相ステンレス鋼のブラッグエッジスペク
トルの例(EBSD/相マップを挿入)．

位セルの大きさ等がある．これらは中性子線による回折，小図 1.6

中性子回折 AD 法による集合組織測定法の概略(a)と IF 鋼の110と100完全極点図測定例(b)．

角散乱，ブラッグエッジから同定される．回折ピークの幅広が り 要 因 の ひ と つ が 回 折 モ ザ イ ク ( coherently diffracting
domain)サイズである．粒径が数 10 nm 以下の試料では他の手法による結果と良い一致が得られている(12)が，工業用金
部分的情報を測定する X 線や電子線とは異なる中性子回折

属材料の結晶粒径の測定には不適当な場合が多い．その理由

法ならではの特長である．中性子回折 TOF 法では多くの方

は粒径が 1 mm 以上になると回折ラインブロードニングへ及向に検出器を置いて図 1.4のような中性子回折プロファイル

ぼす影響がきわめて小さくなり転位等による影響から分離しを同時に測定できる．そのため，数回の試料回転で短時間にて評価することが難しいこと，さらに転位組織が存在するとODF 作成用データを取得でき，次回述べるように集合組織

局所的に結晶方位が変化し前述したモザイクがセル等の転位形成過程を時分割その場測定するのに適している(8)．

組織に対応する領域になるためである．

多相材料では回折強度から構成相の体積率が同定できる．

数 mm 以上の母相結晶粒径の評価にはブラッグエッジ測定

先進鉄鋼材料では準安定 g を利用することが多いが，表面層が有望である．結晶の完全度に依存する中性子線強度変化

はマルテンサイト変態し易いので内部に比べて体積率が低い( Primary extinction )や多重回折は透過線の強さに大きく影ことが多い．安定度の低い残留 g を含む鉄鋼材料では，響を及ぼす(個々の hkl 回折線強さにも影響する)ので，これTEM 観察， SEM / EBSD 測定， X 線回折，中性子回折の順を利用すると結晶粒径が推定される．実際に，前述した解析に g 量の測定値が大きくなる(9)．力学特性を議論するには試ソフト RITS(11) を用いて，厚さ 5 ～ 20 mm の曲げ加工した料全体の平均値が得られる中性子回折が適当であるが，集合試料等の 2 次元粒径分布が測定されている(10)．

組織が強い鋼では補正が難しく，集合組織と構成相体積率を合わせて測定するのがよい．

金属材料における析出物や介在物は体積率が小さく中性子
回折ピークが弱いのでプロファイル解析から粒径を同定する集合組織や残留 g は透過ブラッグエッジ法でも測定できことは難い．小角散乱はいわば透過線の幅広がりに相当し，る．図.に ag 二相ステンレス鋼のブラッグエッジスペク

不均質体(粒子)と母相の中性子散乱コントラスト差に起因す

トル(10) を示す．リートベルト法に類似した解析プログラム

る散乱強度の変化が図 1.1の散乱プロファイルに現れる．中(RITS)(11)を使うと g 相体積率が40と求まり，EBSD の結性子小角散乱を用いると第二相粒子のサイズ分布，形状，体果( 43 )に近い値が得られている．ブラッグエッジ法は中積率(数密度)等に関する定量的知見が得られる(13) ．パーラ

性子回折に比べて分解能が低いので精度は劣るが，走査するイト鋼(Fe0.8 mass C 合金)のセメンタイト球状化処理にことなく透過スペクトルの 2 次元分布が得られる．2 次元イ

伴う小角散乱プロファイルの変化(14)を図.に示す．測定はメージング測定の利点から，日本刀や火縄銃等の文化財研究

1 T の磁場印加下で行い，図は磁気散乱を分離した核散乱強にも用いられている．

度の値である．小角散乱では図1.1(b)で示したように q の増加に伴って曲線が傾いてゆく領域 A (ギニエ領域)に続いて

･ ミクロ組織の測定

線形領域 B (ポロド領域)が現れるのが典型的である．図 1.8

力学特性に影響を及ぼすミクロ組織のサイズと形態は各種しているが，ギニエ領域の理論的勾配は平板で－ 2 ，球ででは，最初の平坦な領域を確認するには測定 q 範囲が不足
顕微鏡観察により調べられているが，それらの定量化は容易－4 なので，焼鈍によって球状化が進行する様子が推察されでない．組織サイズには母相結晶粒径，介在物，析出物や転る．また，焼鈍時間が長い試料ほどポロド領域の散乱強度がま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

図 1.8パーライト鋼のセメンタイト球状化による小角
散乱プロファイルの変化(SEM 組織を挿入)．
図1.9減少するのはセメンタイト相が球状化・粗大化するため二相界面の総面積が減少したことに起因する．このように小角散
乱は鉄鋼中のセメンタイトや非金属介在物のような粗大第二

焼入れマルテンサイト鋼のミクロ組織解析例
(a) 3 つの原因によるラインブロードニングの模式的説明，( b ) STEM 環状暗視野( ADF )像(ビーム//〈 111 〉)，( c ) CMWP 解析例(片対数プロット)横軸はqでも構わないが，通常はK(＝1/dhkl＝2 sin u/l＝q/2p)が用いられる．

相に対しても利用できる(特にポロド領域)が，高分解能
TEM 観察でも捉えがたいナノ析出物の量や形状を定量的に測定できることが注目すべき特長である．大沼らは X 線とM は Rer0.5 で定義され，転位線周りに生まれる応力場の臨

中性子小角散乱強度を絶対値化して，両者の元素に対する散界 半 径 Re と 転 位 密 度 r で 表 さ れ る ． ラ ン ダ ム 分 布 で は乱コントラストの差異を利用してナノ析出物の化学組成を同M ≫ 1 ， ダ イ ポ ー ル や ポ リ ゴ ニ ゼ ー シ ョ ン 化 が 進 む と定する方法を提案している(15)．

M ＜1 になる．この方法は加速器中性子源 TOF 法にも適用が可能であり今後の発展が期待される．例として焼入れマル

･ 格子欠陥の評価

テ ン サ イ ト 鋼 ( 0.22C 0.87Si 1.64Mn 0.0015B mass  ) の

従来から X 線回折を用いて半値幅による WilliamsonHall

密度は 3.0×1015 m2 で，図1.9(b)のような TEM 観察により法(16)を使って転位密度が同定されているが問題点も多い．

求めた値の約 2 倍であった(19) ．この方法により焼戻しや引CMWP 法による解析例を図 1.9(c)に示す．求められた転位

TEM による転位線の観察法と同様に，転位線のひずみ場に張変形に伴う転位密度・配列・性格の変化が追跡できること起因する回折プロファイルの幅広がりは，入射ビームの方を次回以降で述べる．中性子・ X 線回折ラインプロファイ

向，バーガースベクトル，転位線方向と弾性係数(鉄や銅はル解析の最近の進歩に関しては文献(20)を参照されたい．

弾性異方性が大きいので特に重要)の影響を受けるので，近金属材料の応力とミクロ組織評価において中性子回折，小年，これらを理論的に考慮した転位コントラスト因子が

角散乱およびブラッグエッジが魅力のある発展途上の測定法

Ung áar らによって導入され，修正 WilliamsonHall 法と修正であることを紹介した．その魅力は材料製造中(第二回)や力WarrenAberbach 法を組み合わせた解析(17)が使われるよう

学特性発現中(第三回)のその場測定において倍増する．なになった． X 線や中性子線回折プロファイルの幅広がりのお，本稿は著者の以前の研究室(茨城大学)に在籍された方々

要因には図.(a)に示すように，弾性ひずみ分布(転位線やのご支援により作成できたことを付記する．(つづく)整合析出物に起因)，回折モザイクサイズ，面欠陥(積層欠陥や双晶)等があり，半値幅のみを取り上げて評価するのは不文

献十 分 で あ っ た ． 最 近 ， 開 発 さ れ た Convolutional Multiple
Whole Profile ( CMWP )法(18) では多数の X 線回折ピークを対象にプロファイル全体を合成理論関数でフィットすることにより，転位に関しては密度だけでなく性格(刃状とらせんの割合)と配列が求められるようになった．転位配列因子( 1 ) M. E. Fizpatrick and A. Lodini: Analysis of Residual Stress byDiffraction using Neutron and Synchrotron Radiation, Taylor& Fracis, (2003).
( 2 ) M. T. Huchings, P. J. Withers, T. M. Holden and T. Lorentzen: Introduction to the Characterization of Residual Stress by

入 門 講 座Neutron Diffraction, CRC Press, Taylor & Francis, (2005).
( 3 ) たとえば，友田 陽第219 ・ 220 回西山記念技術講座，日本鉄鋼協会，(2014), 87110.
( 4 ) E. Kr äoner: Acta Metall., 9(1961), 155161.
( 5 ) Y. Tomota, S. Daikuhara, S. Nagayama, M. Sugawara, N.
Ozawa, Y. Adachi, S. Harjo and S. Hattori: Metall. Mater.
Trans. A, 45(2014), 61036117.
( 6 ) P. G. Xu, Y. Tomota, H. Suzuki, T. Suzuki, S. Machiya and F.
X. Yin: Mater. Trans., 49(2008), 20332039.
( 7 ) P. G. Xu, K. Akita, H. Suzuki, N. Metoki and A. Moriai: Mater.
Trans., 53(2012), 18311837.
( 8 ) T. Tomida, M. Wakita, M. Yasuyama, S. Sugaya, Y. Tomota
and S. C. Vogel: Acta Mater., 61(2013), 28282839.
( 9 ) S. He, Y. Tomota, Y. H. Su, W. Gong, S. Harjo and Z. Zhao:
ISIJ Int., 55(2015), 686690.
(10) Y. H. Su, K. Oikawa, S. Harjo, T. Shinohara, T. Kai, M.
Harada, K. Hiroi, S. Zhang, J.D. Parker, H. Sato, Y. Shiota, Y.
Kiyanagi and Y. Tomota: Mater. Sci. Eng. A, 675(2016), 1931.
(11) H. Sato, T. Sato, Y. Shiota, T. Kamiyama, A. S. Tremsin, M.
Ohnuma and Y. Kiyanagi: Mater. Trans., 56(2015), 1147
1152.
(12) たとえば，T. Ung áar, G. Tichy, J. Gubicza and R. J. Hellmig:
Powder Diffraction, 20(2005), 366375.
(13) たとえば，大沼正人非破壊検査，60(2011), 8692.

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan(14) Y. H. Su, S. Morooka, M. Ohnuma, J. Suzuki and Y. Tomota:
Metall. Mater. Trans. A, 46(2015), 17311740.
(15) M. Ohnuma, J. Suzuki, S. Ohtsuka, S. W. Kim, T. Kaito and
M. Inoue: Acta Mater., 57(2009), 55715581.
(16) G. K. Williamson and W. H. Hall: Acta Mater., 1(1953), 2231.
(17) T. Ung áar, J. Cubicza, P. Han áak and I. Alexandrov: Mater. Sci.
Eng. A, 319321(2001), 274278.
(18) T. Ung áar, J. Cubicza, G. Rib áarik and A. Borbely: Appl. Cryst.,
34(2001), 298310.
(19) S. Harjo, T. Kawasaki, W. Gong, I. Aizawa, Y. Tomota and Z.
Shi: CAMPISIJ, 28(2015), 264.
(20) 友田 陽，佐藤成男，ステファヌスハルヨ鉄と鋼，2017年 1月号掲載予定．
★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★
1972年
1972年
1991年
2015年

友田

陽

京都大学大学院工学研究科修士課程修了
茨城大学工学部助手
茨城大学工学部教授
物質・材料研究機構 NIMS 特別研究員(～現在)
専門分野鉄鋼材料◎中性子散乱回折による金属材料のミクロ組織と力学特性の研究の急速な発展に感動しながら微力を注いでいる．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

真にナノスケールのインデンテーション試験による複合材料硬度測定法
増

田

秀

樹

り，結果 xy 方向の空間分解能は犠牲になっている．このこ

.

は じ

め

に

とは応力が分散して，圧痕を得るために必要な荷重を増加させることにもつながっている．

複合材料の構造緻密化が進み，材料の機械的性能だけでな

図には，マイクロビッカース試験機(Shimadzu, HMVく，材料を構成する微細な複合組織までを設計した材料開発

G )を用いて計測したビッカース圧痕の光学顕微鏡像の例をが求められている．このため，微細組織構造を観察するとと示している．図 1 ( a )のような一様な金属では問題はない

もに，微細組織や組織同士の界面といったナノメートルスケ

が，硬く脆性のある SiO2 においては，押し付けの際に圧痕ールの構造に対応した物性値を取得して，個々の微細構造のの端からクラックが生じることがあり，圧痕の計測に影響を物性と材料全体の性能との関係を明らかにすることが求めら及ぼしている可能性がある(図 1( b ))．また， 10 mm 程度のれている．本稿では，物性値の一例として材料の機械的特性

球状粒子を析出している球状黒鉛鋳鉄の断面では，圧痕に複(硬度)に注目する．硬度の計測は，マイクロビッカース硬度数の組織が含まれて，組織ごとの硬度計測ができなくなる試験(1)をはじめとして，マイクロメートルスケールではすで(図 1(c))といった問題が生じている．

によく確立されている(2)(4) ．例えばマイクロビッカース硬この問題を解決するために，原子間力顕微鏡(AFM )を用

度試験では，決められた四角錐形状のダイヤモンド圧子を使いた NI を導入する(6) ． AFM で用いるカンチレバーの先端用することで，硬度の直接的な比較が可能になっている．規に，先端開き角の小さな鋭いダイヤモンド探針を装着するこ定の圧子を用いて，z 方向の高分解能化を行ったのがいわゆとで，圧痕の微小化を実現している． AFM NI で用いる圧

るナノインデンテーション法( NI )である(5) ．バルクスケー

子は，規定の圧子とは形状が異なる．そこでマイクロビッカ

ル材料や，薄膜材料の解析において活躍している．一方で，ース試験の結果と直接比較するために，同じ物質で同じ硬度

たとえばビッカースで規定された圧子の先端開き角は 136 °が計測される際には圧痕の体積が同じ(すなわち荷重が同じ)と鈍いため，押し込み深さに対する投影断面積は大きくなであると仮定して，圧子の形状の違いを補正し，ナノスケー

図1

マイクロビッカース試験機による圧痕の光学顕微鏡像．(a) Cu, (b) SiO2, (c) ダクタイル鋳鉄の上で計測．

物質・材料研究機構NIMS ポスドク研究員(〒3500047 つくば市千現 1
21)
Hardness Measurement of Composite Materials Using Nanoscale Indentation Test; Hideki Masuda(Research Center for Advanced
Measurement and Characterization, National Institute for Materials Science, Tsukuba)
Keywords: atomic force microscopynanoindentation, spherical graphite, ductile casted iron, Raman spectroscopy
2016年 7 月25日受理[doi:10.2320/materia.56.20]



新 進 気 鋭

ルの硬度分布計測手法の確立をめざした．本稿では，著者ら積を算出した．このとき，特に圧痕のサイズ( 2rc )が圧子のの行っている研究のうち， AFM NI からビッカース硬度を先端半径に近づくと，完全な円錐モデル(図(a ))では再現得るための換算と，球状黒鉛鋳鉄中での硬度分布計測実施

できなくなる．先端が半球のモデル(図 3(b ))を用いて補正

例(7)を紹介する．

を行った．図 3(c)には，円錐モデルと先端半球モデル(ra＝10 nm )の体積比を，圧痕投影面積の半径についてあらわし

.

AFM
NI 法と硬度換算たものである．単純な円錐モデルだけでは，圧痕が小さいほど異常に硬度が低く算出されることを示している．

NI は，市販の AFM ( Bruker, multimode8 )を用いて行った．圧子には，市販のカンチレバー(Artech Carbon LLC,
ART D300)にマウントされているダイヤモンド探針を用いた．探針の形状はほぼ完全な円錐型であり(図( a ))，その

一般に 用いら れる ビッ カース 硬度 試験で は，最 大荷 重(Pmax)を接触面積(AContact)で除して硬度を算出している
HVickers(d )＝0.102×

)FMax
FMax
2 sin(68°＝0.102×
AContact(d )d2

先端開き半角は 5°，先端曲率半径は約 10 nm であった(図 2(1)( b))．図 2(c)には，この円錐型探針の形状とビッカース圧

本研究で用いた圧子で得られた硬度をマイクロビッカース試子(4 角錐)の形状を模式的に示している．これらの圧子を用験と直接比較できるように，面積項の変換を行った．

いて同じ力で硬度試験したとき，その硬度にどの程度差異がHVickers(d )＝HNI(r )＝0.102×

生じるかを図 2(d )に示す．円錐型の圧子で四角錐型の圧子と同じ硬度を得るためには，83°ほどの開き半角が必要であ

FMax
a

(2)

ここで a は，変換によって得られるビッカース圧子での接る．本研究で使用する探針の先端開き半角( 5°)では， 7.5倍

触面積を表す．この a は，異なる圧子が同じ体積をもつとほど大きな硬度が算出されるため， AFM NI では探針の形いう仮定から定義される．

状補正が必須となる(後述)．
今回使用したカンチレバーのばね定数はおよそ 40 N/m で

(

1
r3
r 3a
－
＋2r 3a＝8 2 p sin(68°)tan(68°)) tan(5°)
atan(5°

ある．カンチレバーの反り感度は，実験直前にサファイア基

－2/3

)

(3)

板上でキャリブレーションした．インデンテーションは各点でおよそ 1 Hz にて行い，最大荷重はおよそ 30 mN で行った．
AFM で圧痕を直接観察し(6)，得られた画像からいわゆる 2

軸平均半径を計測し，圧子の形状から押し込み体積と接触面

図2

AFM NI で用いる探針の形状と効果．( a ) , ( b )探針の SEM 像，( c ) 探針とビッカース圧子の形状模式図，( d ) AFM NI の硬度をビッカース硬度の要領で算出したときの探針形状と硬度の変化．

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

図3

探針形状モデルと体積の変化．(a) 完全円錐モデ
ル，(b) 先端半球型円錐モデル，(c) 底面半径に対する 2 つのモデルの体積比．

ここで r は圧痕の投影面積の半径であり， ra は探針先端の曲硬度は，グラファイトというよりはダイヤモンドライクカー

率半径を表す．raが含まれる項は，探針の先端形状を再現す

ボン(DLC)などで計測される値に近い(11)．これらの結果かるための補正項である．実際に鋳鉄のマトリクス上で計測しら，実際にはこの球状黒鉛粒子は図 4(d )に示すようなグラ

た NI 硬度は，式( 2 )を用いて 150± 20 と算出された．このファイトナノ結晶の集合体であると予想した．ナノ結晶の境

値はマイクロビッカースで計測した値( 200 ± 20 ，荷重 245

界(図 4( e))に，グラファイトより大きな硬度を示す炭素構

mN 時)と比べてわずかに小さい程度である．

造を含んでいると考えられる．
ナノカーボンの結晶構造をより考察するために， NI 試験

.

球状黒鉛鋳鉄中の硬度分布計測

した同じ断面で，球状黒鉛粒子のラマン散乱スペクトルを取得 し た ． 図  は 室 温 下 ， 532 nm の レ ー ザ ー を 用 い て

球状黒鉛を析出している鋳鉄である，市販のダクタイル棒

Nanophoton, Raman Touch VIS NIR で計測したラマン散

材を切断・研磨して， AFM NI による硬度分布計測に用い，およ乱スペクトルを示す．このスペクトルには，D, G, D′

た．この材料の組成は，表に示す通りである．

び G′
バンドのピークに加えて，10001700 cm－1．にブロー

図に， NI 後の球状黒鉛粒子の AFM 像を示す．図 4(a)ドなピークが観察されている．G バンドピークは，グラフェに示すような， 15 mm 程度の球状黒鉛の断面を観察した．
黒鉛の形態は，これまで報告されている断面観察の結果と類似している(8)(9) ．中央部分には MgO や MgS など，球状体の形成核となる粒子が存在している(10) ．図 4( b )は NI を行った箇所の拡大図である．金属酸化物の核粒子を含まないよ
うに，ほぼ等間隔に圧痕試験した．図中の c, d, e は，対応する圧痕像を取得したおおよその位置を示す．図 4( c)( e )はそれぞれ，鋳鉄マトリックス，球状黒鉛粒子中，および同
粒子中のナノ構造での圧痕像である．図 4( e )に示す圧痕は非常に小さい．
図には，図 4( b )の左端から右端にかけて計測した硬度の分布をプロットした．記号 c e はそれぞれ，図 4 ( c )( e )の圧痕からの寄与を示す．球状黒鉛領域の硬度は主に，
100200に分布した．この硬度は，鋳鉄マトリックスで計測された硬度に近い(160, marked c )．一方で， 2000を超える

図5

高い硬度も球状黒鉛領域で計測されている( marked e )この表1

本研究で用いたダクタイル鋳鉄の組成(wt)．

Alloy

C

Si

Mn

Mg

S

N

P

Ce

Al

Ca

Fe

D4

3.63

2.73

0.46

0.02

0.004

0.003

0.022

0.01

0.01

＜0.01

balance

図4AFM NI で計測した球状黒鉛のビッカース硬度
分布．

ダクタイル鋳鉄中に析出した球状黒鉛の AFM 像．( a ) AFM NI 後の粒子全景，(b ) 圧痕試験部の拡大図，(c) 鋳鉄マトリックス部分での圧痕，(d) 球状黒鉛部での圧痕，(e) 球状黒鉛部のナノ結晶界面部にできた圧痕．

新 進 気 鋭

おいて，グラファイトナノ構造中の硬度分布検出を試みた．
同手法は，炭素複合材料をはじめとする緻密な複合材料の機
械的特性に関する知見を得る手法として発展が期待できる．
本稿で紹介した研究は，物質・材料研究機構(NIMS)の表
面物性計測グループで行われたもので， NIMS の藤田大介
博士と共同で行った．試料の化学組成分析は NIMS 材料分
析ステーションの支援により行った．実験に際し， NIMS
松 下 恭 介 氏 の 協 力 に 感 謝 す る ． ま た 本 研 究 は ， JST
CREST，新東工業

鋳造技術研究奨励金，および NIMS の支援を受けた．

文
図6

球状黒鉛粒子のラマン散乱スペクトル． AFM 
NI を行った試料と同じ断面の別の粒子で測定した．

献

ファスカーボン領域の混合材とみなすことができる．グラフ( 1 ) ISO 6507. Metallic Materials―Vickers Hardness Test―,(1997).
( 2 ) ISO 6508. Metallic Materials―Rockwell Hardness Test―,(1999).
( 3 ) ISO 6506. Metallic Materials―Brinell Hardness Test―,(1999).
( 4 ) ISO 4545. Metallic Materials―Hardness Test―Knoop test,(1993).
( 5 ) G. M. Pharr and W. C. Oliver: MRS Bulletin, 17(1992), 2833.
( 6 ) K. Miyake, S. Fujisawa, A. Korenaga, T. Ishida and S. Sasaki:
Jpn. J. Appl. Phys., 43(2004), 46024605.
( 7 ) H. Masuda and D. Fujita: submitted.
( 8 ) T. Hara, T. Kitagawa, K. Kuroki, S. Saikawa, K. Terayama, S.
Ikeno and K. Matsuda: Mater. Trans., 55(2014), 15001505.
( 9 ) K. Theuwissen, J. Lacaze, and L. Laffont: Carbon, 96(2016),
11201128.
(10) D. M. Stefanescu: Mater. Sci. Eng. A, 413414(2005), 322
333.
(11) P. J. Martin, S. W. Filipczuk, R. P. Netterfield, J. S. Field, D.
F. Whitnall and D. R. McKenzie: J. Mater. Sci. Lett., 7(1988),
410412.
(12) M. S. Dresselhaus, A. Jorio, M. Hofmann, G. Dresselhaus and
R. Saito: Nano Lett., 10(2010), 751758.
(13) B. E. Mironov, H. M. Freeman, A. P. Brown, F. S. Hage, A. J.
Scott, A. V. K. Westwood, J. P. Da Costa, P. Weisbecker and
R. M. D. Brydson: Carbon, 83(2015), 106117.

ァイトナノ結晶構造自体は，中性子や電子線の高線量下，す★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

ンやナノチューブなどの sp2 炭素結合に共通する特徴だが，本研究で測定した球状黒鉛のスペクトルの特徴は損傷したグ
ラフェンか単層カーボンナノホーン( SWNH )のそれに近い(12)．D バンドピークは，sp2 炭素結合を見分ける鍵となるピークで， G バンドピークより高い D バンドピークは，欠陥を含むグラフェンや SWNH に関連する．さらに， 1000 
1700 cm－1 のブロードなピークはアモルファスカーボンに関連付けられる．ラマン分光の結果を考えても，球状黒鉛がグ
ラファイトナノ結晶およびアモルファス領域の炭素の混合物との予想は，妥当であると考えられる．もっといえば，グラ
ファイトナノ結晶の境界領域にアモルファスカーボンのような sp3 結合を含む構造があると思われる．
NI の結果とラマン分光の結果から判断して，球状黒鉛を
sp2 を多く含む欠陥の多いグラファイトナノ結晶と，アモル

なわち高いエネルギーをもつ環境下にて形成することが知られている(13)．ダクタイルの球状黒鉛中のナノ構造について
は，溶湯中の約 1500 °C という高温条件からの影響が大きいと考えられる．

. ま

と

め

圧子の選択とその形状評価により， AFM NI を用いて真にナノメートルオーダーの構造を対象とした直接硬度試験を

増田秀樹

2010年 4 月2013年 3 月
日本学術振興会特別研究員(DC1)
2013年 3 月 筑波大学大学院数理物質科学研究科博士後期課程修了2013年 4 月2014年 4 月
東京工業大学原子炉工学研究所研究員
2014年 5 月現職
専門分野透過電子顕微鏡，走査プローブ顕微鏡◎Liイオン二次電池材料・エネルギーデバイスおよび構造材料のマルチスケール断面計測手法の開発に従事．低照射損傷電子顕微鏡観察や環境制御下原子間力顕微鏡観察を中心として活動している．

★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

行っている．応用例として，ダクタイル鋳鉄中の球状炭素に

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japanパワーモジュール用アルミ一体型基板の開発
小山内英世
結 城 整 哉
井手口
1)
2)

悟
菅原
3)

章

ッケージの放熱性向上のニーズは大きい(1)(2)．

.

は じ

め

に

筆者らは，これらを鑑み，金属セラミック基板とベース板の一体構造化について，基板の材料，接合方法および接合

近年，電気エネルギーを高効率で変換するインバータやコ体の構造を検討し，アルミ一体型基板を開発した．

ンバータの使用量が省エネルギー目的で増えている．
インバータやコンバータには民生用途から産業，電鉄，自.

材料，接合方法の選定

動車用途に幅広く使われており，産業，電鉄，自動車用途にはパワーモジュールと呼ばれるケース型の半導体パッケージが使われている．
パワーモジュールは図に示すように半導体素子の他に金属セラミックス基板，ベース板等から構成され，これらは半田で接合され，さらにアルミワイヤーや銅のバスバー電極で結線され，シリコンゲル，ケースで封止される．

絶縁材には一般的に樹脂やゴム，セラミックスといった材料があるが，熱伝導率の観点からセラミックスが好ましく，
アルミナ，窒化アルミニウム，窒化珪素などが一般的に使用されている．表にその代表的な特性を示す．
一方で，電気回路はコスト面や電気伝導率の面から銅やア
ルミニウムを使うのが一般的であるが，前述のセラミックス

パワーモジュール運転時は，半導体素子のスイッチング時とこれら金属を接合させた場合，線膨張係数のミスマッチがに損失する電気エネルギーが，熱エネルギーとして放出され課題となる．表に金属およびセラミックスの代表特性を示るため，素子の保護を目的とし，熱を逃がす必要がある．そす．

のため，各部材は熱伝導率の高い材料が好ましく，回路基板

接合した材料間に線膨張係数差があると，パワーモジュー

としては金属セラミックス基板が使われている．また従来ルを運転して素子が発熱した場合，接合体には線膨張係数差のパワーモジュールは素子，金属セラミックス基板，ベー起因による応力が発生し，剥離や反り変形が起こる可能性がス板と多種の材料が半田で接合された構造となっており，半ある．接合させないという選択肢もあるが，セラミックスと

田材料は熱伝導率が高くないことや，組み立てが複雑でかつ金属材料を接触させただけの場合，微小な空隙が生じると放接合界面が多いことから，構造のシンプル化や半田を使わな電の発生や熱伝達のロスの問題があり，基本的には接合させい構造のニーズが高い．さらに素子製造技術やゲート電極構た方が好ましい．

造の進化よる高集積化が多数報告されており，この面でもパ
表1

図1

パワーモジュール断面構造模式図．

各セラミックスの代表特性．
熱伝導率(W/m･K)

曲げ強度
(MPa)

絶縁耐圧
(kV/mm)

価格

アルミナ

24

400

23

安価

窒化アルミニウム

170

550

23

やや高価

窒化珪素

90

650

20

やや高価

表2

金属およびセラミックスの代表特性．
熱伝導率(W/m･K) 線膨張係数(10－6/K)

DOWA パワーデバイス株式会社 1)取締役開発部長 2)開発部新規開発課リーダー 3)開発部プロセス開発課長
DOWA メタルテック株式会社代表取締役社長
Development of Aluminum Integrated Substrates for Power
Modules; Hideyo Osanai, Seiya Yuki, Satoru Ideguchiand
Akira Sugawara(DOWA POWERDEVICE Co., Ltd.

DOWA METALTECH Co., Ltd.)2016年 9 月12日受理[doi:10.2320/materia.56.24]

銅(99.9)397

17アルミニウム(99.9)

238

24

アルミナ

24

6～ 8

窒化アルミニウム

170

4～ 5

窒化珪素

90

2～ 3

新技術・新製品

表3

金属およびセラミックスの代表的接合方法．
接合対象

接合温度

接合強度

DBC 法

銅とアルミナ

1,000～1,100°
C

△

AMB 法

銅と窒化物セラミックス

750～850°
C

◯

アルミ溶
湯接合法

アルミニウムと各セラミックス

700～800°C◎

表4各接合体のピール強度．

接合体

接合方法

ピール強度(N/cm)

銅とアルミナ

DBC 法

100～150

銅と窒化アルミニウム

AMB 法

150～200

アルミ溶湯接合法

300～350

アルミニウムと窒化アルミニウム

図2

アルミ一体型基板(セラミックス一枚)解析モデル．

次に前述のセラミックスと金属の接合方法であるが，一般的に DBC(Direct

Bondingof

Copper)法，AMB(Active

Metal Brazing)法，アルミ溶湯接合法などがある．その特徴を表に示す．
DBC 法は銅とアルミナの直接接合法であり，最も古くから使用されてきた接合方法である．簡便であるが相対的に接図 3(a)

270 °C 加熱時の Z 方向変位コンター図( 1 / 4 モ
デル)．

図 3( b)270°
C加熱時のセラミックス裏面への応力コンター図(1/4モデル)．

合強度が弱く，また接合温度が高いため，接合体への残留応
力が残りやすい．
AMB 法は銅と窒化物セラミックスを活性金属を含むろう材で接合する方法である．ろう材を使うことで接合強度が比較的高いが，ろう材の主成分に銀が使われること，ろう材をハンドリングする工程が必要など， DBC 法に比べコストが高い．
アルミ溶湯法は著者らが独自に量産技術を開発してきた方法(3)で，雰囲気中で加熱した鋳型にアルミニウムの溶湯を流し込み，接合と鋳造を同時に行う方法であり，コストが低
い．また本方法は接合強度が非常に高く，接合ボイドができにくい特徴がある．ここで著者らが各方法で接合した接合体についてピール強度試験を実施した結果を表に示す．

合した構造の接合体とアルミベースの両面にセラミックス二アルミ溶湯法で接合したアルミニウムと窒化アルミニウム枚を接合した構造体を考案し，以下の方法で比較検討した．

接合体のピール強度が最も大きい値であった．これはアルミ

パワーモジュール組立時にかかる最大温度を 270 °
C と想定

溶湯法の接合プロセスがセラミックス表面をアルミ溶湯で徐し，有限要素法を用いて270°Cで発生する反り変形量および々に濡らしていく形をとっており，他方法に比べ接合ボイド

セラミックスにかかる最大主応力を弾塑性解析した．解析領が生じにくいためである．

域は1/4とし，アンシス社メカニカルを使用した．前者の解

前述した各材料，接合方法を比較検討し，一体型基板に最析モデルを図に示す．

も適なものとしてアルミ溶湯接合法を選択した．理由は，

図に解析結果を示す．セラミックスに発生する最大主応

 鋳造法のっとも接合強度が高い(接合欠陥ができにくい)，

力は約 260 MPa で比較的小さいが，反り変形量は約 4 mm

一種であり，複雑な形状をつくることができることにある．

と大きな値を示した．
前述の計算結果を実証するために接合体を作成して加熱評.

構 造 の 検 討価を行った．加熱中の反り量はほぼ計算結果と同等であった．以上からこの構造では加熱時に反り変形が大きく発生

金属セラミック基板とベース板を一体構造化した接合体の構造について検討した．材料としてはアルミ溶湯法を用いし，組み立てが困難なため，製品として成り立たないことがわかった．

ることから，金属としてはアルミニウム(純度99.9)，セラ

後者は加熱時の反りを抑えることを目的とし，厚み方向にミックスとしては表 1 に示した熱伝導率と強度のバランス

材料構成が対称になるようセラミックスを二枚使った新構造から窒化アルミニウムを選択した．これらの一体構造化を検を考案した．この構造の解析モデルを図に示す．このモデ討するために，アルミベースの片面にセラミックス一枚を接ルについても270°Cで発生する反りおよびセラミックスにかま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan



図6

図4

実際の接合体写真．

アルミ一体型基板(セラミックス二枚)解析モデル．

図7

図 5(a)

270 °C 加熱時の Z 方向変位コンター図( 1 / 4 モ
デル)．

(左)試験後の外観，(右)同，接合界面の超音波探
傷像．

十分な信頼性を有すると結論づけられる結果であった．
従来技術では一体構造化も達成されておらず，本報告で示したような大面積のセラミック基板もセラミックスのクラッ
クや半田接合部のクラックの問題で使用できなかった．本技術で開発した接合体は，一体構造化だけでなく，大型のセラ
ミックスを使用できる画期的製品であることが確認された．

.

結

言

著者らはこれまで成し遂げられていなかった金属セラミ
ックス基板とベース板の一体構造化に成功した．接合には接図 5 (b )270°
C加熱時のセラミックス裏面への応力コンター図(1/4モデル)．

合強度が高く，接合欠陥が起きにくいアルミ溶湯接合法を適用し，厚み方向に材料構成が対称になるようセラミックスを二枚使った構造を考案，採用することで，一体構造化を困難かる最大主応力を弾塑性解析した結果を図に示す．
セラミックスを二枚使用した構造では，反りはセラミック
ス一枚の構造と比べ大幅に小さく，ほぼフラットを維持し，かつセラミックスに発生する最大主応力も 1 / 3 以下の約 80
MPa になることがわかった．

としていた材料の線膨張係数差起因による反り変形を抑制しつつ，長期ヒートサイクル経過後も接合界面に剥離が起こらないアルミ一体型基板を実現した．
この技術の確立により，大面積の半田接合をなくし，信頼性の大幅な向上とともに，銅を使用しないことで約 60 の

この結果を実証するため，図に示す接合体を作成し加熱

軽量化，大型基板使用での回路集積化による低コスト化を達評価を行った( n ＝ 6 )．加熱中の反り量は計算結果とほぼ同成した．本製品はこれまで新エネルギー用途を中心に約 10等で，十分に実用に耐えるものであることがわかった．

万台の出荷実績があり，関連する特許も国内 49 件，海外 16件権利化されている(4)．またさらに本基板，本技術に改良を.

信 頼 性 評 価

加え，EV，HEV 等の自動車用途への展開を検討中で，パワーデバイス産業の発展にさらに貢献できるものと考えている．

前章で検討したセラミックスを二枚使用した構造の接合体の信頼性の評価を実施した(n＝6)．加熱評価したサンプルを
低温側－40°C，高温側150°
Cの液槽ヒートショック1,000サイ
クルの試験に供した．試験後に，セラミックスのクラックや接合界面の剥離の有無を観察した．図に結果の一例を示す．
ヒートショック試験 1,000サイクル経過後でも 6 サンプル
ともにセラミックスのクラック発生はなく，接合界面での剥離も見られなかった．セラミックスを二枚使用した接合体は



文

献

( 1 ) K. Takahashi, S. Yoshiwatari and Y. Sekino: FUJI ELECTRIC
REVIEW, 56(2010), 5659.
( 2 ) M. Sawada, S. Yoshiwatari, H. Ichikawa, Y. Onozawa, O.
Ikawa and T. Heinzel: PCIM Europe Proceedings, (2016),824830.
( 3 ) 高橋貴幸，中村潤二，沢辺明朗，小山内英世，菅原 章
Journal of MMIJ, 124(2008), 333336.
( 4 ) 例えば小山内英世，風呂正博金属セラミックス回路基板，特許第4756200号，(2011)．

新技術・新製品

チョクラルスキー法による FeGa 基
磁歪合金の大型単結晶製造技術の開発
南都十輝1
安藤宏孝1
渡邊清和2
高橋和也2
)))) 福田承生3)上野敏幸 川又 透1
 藤枝 俊1 鈴木 茂2

)
)
)

.

は じ

め

に

.

単結晶育成上の課題

エネルギーハーベスティング(環境発電)は，身近な微小エ

体心立方構造の FeGa 基合金の磁歪特性は，結晶方位にネルギーを利用する技術であり，欧米を中心に盛んに研究さ

大きく依存し，〈001〉方向に大きな磁歪を示す．このため，れている(1) ．この技術による発電量は比較的低いものの，

この合金を振動発電用デバイス等として用いるときには，振IoT(モノのインターネット)社会に使われるセンサーや無線

動方向と結晶方位の関係を考慮する必要がある．しかし，こ通信等に用いる電源に利用できる．我が国のナノテクノロジの合金の単結晶を融液法で育成するときには，凝固におけるー・材料の研究分野においても，高効率エネルギー利用のた

組成変化が課題となる．図は，FeGa 系の Fe 側の平衡状めの革新的材料の技術開発が重視されており(2)，それに関連

態図を模式的に示している．平衡状態図では 20Ga の合金して微小エネルギーを利用した革新的環境発電技術の開発課を凝固させると，初晶として Fe 過剰の固相が出現し，さら

題が科学技術振興機構等で取り上げられている．たとえば，に温度が下がると Ga の組成が徐々に高くなっていく．これ

身の回りの振動エネルギーは，磁歪材料を用いて電気エネル

までの Fe Ga 合金単結晶は，比較的小型の結晶を育成する

ギーへ変換することが可能であり(3)，そのための優れた磁歪ブリッジマン法等により作製されていた．本技術開発では，合金が注目されている(4)(6)．

単結晶の大型化に向けチョクラルスキー法( CZ 法)を採用

これまで，磁歪材料として粗大粒からなる多結晶の比較的小し，それらの凝固に関する研究課題にも取り組んだ．本技術

特性を示す材料として FeGa型の棒状の FeGa 合金が市販されていたが，その結晶方位では育成する単結晶の化学組成に多少ばらつきがあっても，の集積度は十分でなかった．このため，振動発電等用に Fe

求められる特性を満足するため，凝固過程が複雑な単結晶でGa 基合金の大型単結晶の製造技術の開発が求められていも育成できることを明らかにした．

た．本技術開発では，結晶成長等に関する困難な技術課題に取り組み，この合金単結晶育成の技術開発に成功した．本稿
では，それらの技術開発の要点について紹介するとともに，
このプロセスにより製造した合金単結晶の特性等について述
べる．

株式会社福田結晶技術研究所1)社員，2)課長，3)社長
金沢大学理工学域准教授
東北大学多元物質科学研究所1)助教，2)教授
Development of Growth Processes of Largesized Single
Crystals of Magnetostrictive FeGa Base Alloys by the
Czochralski Method; Toki Nanto, Hiroyuki Ando, Kiyokazu
Watanabe, Kazuya Takahashi, Tsuguo Fukuda, Toshiyuki
Ueno, Tohru Kawamata, Shun Fujieda, Shigeru
Suzuki(Fukuda Crystal Laboratory. Kanazawa University. Tohoku University)
2016年10月21日受理[doi:10.2320/materia.56.27]

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

図1

1500°
C付近における Fe 側の FeGa 系の平衡状態
図．



.

プロセス設計コンセプトと開発技術

インゴットにおける化学組成変動

インゴットの長さ方向の異なる場所から切り出した試験片CZ 法による FeGa 基合金の大型単結晶の製造技術の開発の化学組成を分析し，各位置の磁歪量を測定した．その結では，まず Fe Ga 二元系合金単結晶を製造できるように

果，インゴットの上部では仕込み組成より Fe 量が多めであし，次に Ga の一部を他の元素で置き換えることにより，多り，下部になると Ga 量が多めになっていることを明らかに

元系合金単結晶の育成技術の確立も目指した．

した．例として，初期 Ga 量が20の合金素材を溶融し，長今回の Fe Ga 基合金は，図 1 の平衡状態図に示したようさ 130 mm のインゴットを作製したときの Ga の組成変動幅に， Ga の分配係数が 1 より小さいという特徴がある．このは約3.5(約14.017.5)であった．なお，それに対応しため，冷却過程で大きく Ga の固液分配が異なるため融液界

た磁歪量は，合金中の Ga 量によってほぼ決まり，大よそ

面が不安定になり，インゴット表面が平滑でなくなる可能性

250 ppm 以 上 で あ っ た ． こ れ ら の 特 性 は ， 目 標 値 の 200が高い．本技術開発ではこの課題を解決するために，インゴ

ppm を上回っていた．

ットの凝固時の温度勾配を制御した．
また，ブリッジマン法や一方向凝固法による単結晶育成で

インゴットの表面性状

は種結晶の方位制御に課題があるのに対し，CZ 法では育成

インゴットの表面性状は，製品の歩留まりを向上させる上する結晶がルツボに接触していないため，目的の結晶方位ので非常に重要である．表面性状が悪い時にはインゴット内部

単結晶が比較的容易に得られる．また， CZ 法の加熱炉の操に欠陥が残りやすいことが多く，それらの欠陥発生を抑制す

業においては，ルツボの周囲に発熱体を置くことにより，安る点からも表面性状を良好にする必要がある．本技術開発で定した発熱により融体の温度を制御しやすくでき，電力消費は，インゴットの凝固時に適度な凝固方向への温度勾配をも量を低減できる．そこで本開発技術では，図に示すようたせることにより，インゴットの表面性状が良好になることに，グラファイト製の外側ルツボと外側ルツボ内に配置されを明らかにした．その例として，図にチョクラルスキー法

たアルミナ製の内側ルツボとからなる二重ルツボとした．結で小さい温度勾配で引き上げた合金，中程度の温度勾配で引晶育成においては，ルツボ内の Fe Ga 原料融液に種結晶をき上げた合金，および大きな温度勾配で引き上げた Fe Ga接触させた後に，種結晶を引き上げて単結晶を育成させた．

合金単結晶の外観写真を示した．これらの結果は，温度勾配

内側ルツボの材質はアルミナ以外の酸化物や非酸化物系セラが大きいほど表面性状が良好であることを示している．このミック製等の耐火物でもよい．このような結晶引き上げに関ような結晶成長固時のプロセス条件の制御により，直径 2する周辺技術により，単結晶育成の際に Ga 酸化物等の浮遊インチ(約 50 mm )，長さ約 150 mm 以上(世界最高レベル)物発生が抑制され，浮遊物による結晶の多結晶化やボイド発の大きさの FeGa 基合金単結晶の育成に成功した．

生が防止された．

.

開発合金の特性

インゴット各部位の磁歪特性合金単結晶のインゴットの異なる部位から板状試料を切り出し，それらの磁歪特性を評価した．ここでは，磁歪量は板

今回の Fe Ga 基合金の磁歪特性は，化学組成や結晶方位状試料の長手方向(ほぼ〈001〉）と直角方向に対して磁場を印に依存するため，化学組成や結晶方位を系統的に評価した．

加により生じるひずみ量の差として，データを整理した．

育成した FeGa 基合金を磁歪材料として実用化するには，

CZ 法とブリッジマン法による試料の結果を，図にまとめ

インゴットの単結晶の方位だけでなく，化学組成，表面性て示した．磁歪は大よそ合金中の Ga 量によって決まり，適状，磁歪特性，磁区構造等も重要になる．インゴットの結晶

度な組成では CZ 法による合金の特性が優れていた．

方位は，シード結晶とほぼ同様であり，以下のようにして，表面性状等の特性に関する課題を解決してきた．

図3

図2



二重ルツボからなる炉の構造を示す模式図．

チョクラルスキー法の引き上げた表面性状が不十分な合金単結晶(左)，やや不十分な合金単結晶(中)，および表面性状に優れた合金単結晶(右)の外観写真．

新技術・新製品

図6

図4

磁歪の Ga 濃度依存性．大型の CZ 法による単結晶と小型ブリッジマン法による単結晶の磁歪量．
Fe Ga15 付近の組成で 200 ppm 以上の磁歪量が得られる．

約 270 Hz の共振周波数で振動する FeGa 合金単結晶からの磁束密度発生．

観察により，振動発電(外力による磁束密度変化)に関する磁壁が動きやすいという重要な知見も得ることができ90 °た(7)．これらの結果に対応し，図は約 270 Hz の共振周波数で板状の FeGa 合金単結晶を低加速度で振動させたときに発生する磁束密度の時間変化の例を示している，これらの結果は，本合金単結晶により効率的な振動発電が可能である
ことを示している．以上の知見は，この合金単結晶をセンサ
ーやアクチュエータのデバイス用に設計する上で非常に重要な結果となっている．

.

実用化状況と今後の展望

本技術に関しては，特開2016028831等の特許で開示されており，多元系合金単結晶の育成にも適用できる．育成した単結晶は，電器メーカー，機能性素材メーカー等へ供給しているとともに，学術機関等でも磁性の研究に利用されている．
合金単結晶は，振動発電用デバイスだけでなくアクチュエー
タにも利用でき，さらに利用拡大が期待されている．本合金
図5

磁 場 印 加 に 伴 う Fe Ga 合 金 単 結 晶 の 磁 歪 変 化(上)，Kerr 顕微鏡を用いた(001)面の磁区構造観
察図(中)および磁区構造(矢印は磁気モーメントの方向)の模式図(下)．

単結晶の各種デバイスへの応用においては，デバイスのサイズや利用形態に応じた単結晶を製造することも可能である．
本技術開発は，科学技術振興機構の復興促進プログラムや
戦略的創造推進事業，文部科学省の人・環境と物質をつなぐ




磁区構造

イノベーション創出ダイナミック・アライアンスプロジェク
ト等の支援で行われた．関係各位に深く感謝申し上げたい．

磁歪特性の発現には，合金中の磁区構造が重要な役割を演じているが，これまでの磁歪材料において磁区を観察した例

文

献は少ない．本技術開発においては，磁歪特性を最大限に発現させるために，育成した合金単結晶に対して磁場を印加しな
がら磁区観察を行った． Kerr 効果顕微鏡により，磁場の増大に伴う合金単結晶の磁区構造の変化を観察した例を図に示す．無磁場状態では，( a )に示すように，縞状の平行な磁壁およびジグザグ状の 180°
磁壁に囲まれた磁区構造と90°なっていた．この状態に磁場を印加していくと，(b)に示す
ように，低磁場で 180 °
磁壁が動き出すが，その段階では大きな磁歪は発生しなかった．さらに大きな磁場を印加する
磁壁が動き出し，その時に大きなと，(c)に示すように，90°磁歪が発生することが明らかにした．

( 1 ) S. Priya, D. Inman (Eds): Energy Harvesting Technologies,
Springer (2009).
( 2 ) http://www8.cao.go.jp/cstp/kihon3/bunyabetu62.pdf( 3 ) T. Ueno and S. Yamada: IEEE Trans. Magn., 47(2011), 2407
2409.
( 4 ) A. E. Clark, K. B. Hathaway, M. WunFogle, J. B. Restorff, T.
A. Lograsso, V. M. Keppens, G. Pethculescu and R. A. Taylor:
J. Appl. Phys., 93(2003), 86218623.
( 5 ) S. Fujieda, S. Suzuki, A. Minato, T. Fukuda and T. Ueno:
IEEE Trans. Magn., 50(2014), 250520414.
( 6 ) 鈴木 茂，藤枝 俊，福田承生AEM 会誌，24(2016), 22
27.
( 7 ) S. Asano, S. Fujieda, S. Hashi, K. Ishiyama, T. Fukuda and S.
Suzuki: IEEE Magn. Letters, in press.

本研究開発では，これらの初期磁区構造と磁壁移動の過程を明らかにするだけでなく，外部応力印加による磁壁移動の

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan船舶の衝突安全性に資する
包括的材料ソリューションの開発
市 川 和 利1)

大 川 鉄 平1)

白 幡 浩 幸1)

柳 田 和 寿2)

中 島 清 孝3)

小 田 直 樹3)

山 田 安 平1
)

戸澤

秀2
)

紙 田 健 二 船 津 裕 二

加えて，世界の衝突事故による被衝突船の損傷を最小限に

. 緒

言

抑えるためには，衝突船の安全性能も高めることが必要なので，衝突船の球状船首(バルバスバウ)用鋼材と構造に関して

重大海難事故の中で船舶の衝突・座礁は最も頻度が高い事

も，開発・実用化を行っている．

故である(1)．これらの事故による損傷・沈没は貴重な人命や本論文では，このように，船舶の衝突安全性を向上させ，資源を喪失させ，油漏洩等が生じれば，甚大な海洋環境汚染

海洋環境を保護することを目的として船側部と船首部を包括にも繋がるので，事故が万が一発生した場合の被害軽減策がして材料設計し，確立した材料ソリューションを紹介する．

世界的関心事項である．船体構造への非金属材料(2)(3)の導入や構造変更(4)ではなく，鋼材特性の向上により，船体重量や

.

開

発

思

想

施工・検査の負荷を増加させずに，衝突や座礁による船舶の損傷を軽減し得る手法は経済合理性の観点からも現実的であ

鋼板の衝突エネルギー吸収能を高めるには，その強度と延る．具体的には，伸びに優れた鋼板を被衝突船や衝突船の船性の両方が優れている必要がある．本鋼では従来の船体用圧体構造に適正に配置すれば，鋼板にて衝突エネルギーを吸収

延鋼材( ClassNK 規則・検査要領)と同等の強度，靭性を有し，船舶の耐衝突性能を高めることができる．

しつつ，伸びを従来鋼に比べて著しく向上させた．

新日鐵住金株式会社(以降，新日鐵住金)は，今治造船株式

一般に鋼材の強度と延性は相反し，それらの両立は難しい

海上・港湾・航が，高強度鋼の一様伸びの向上には，軟質相であるフェライ

空技術研究所の海上技術安全研究所(以降，NMRI)，一般財

トと硬質第二相からなる複合組織とすることが有効であり，

日本海事協会(以降，ClassNK)と連携して，船舶の各相の体積分率を適正化することで特性を高めることができ

衝突安全性に対する包括的船体材料ソリューションを提案しる(5)．また，フェライトの細粒化強化は延性に対する悪影響ている．

が比較的小さい強化機構である(6)．さらに局部伸びの向上に会社(以降，今治造船)，国立研究開発法人
団法人

その一環として，新日鐵住金では永年の開発を経て，船体は，板厚方向の硬さ分布の均一化，第二相や介在物の微細分用高延性鋼 NSafeHull(以降，本鋼)を開発した．新日鐵住散 な ど が 有 効 で あ る(7)(8) ． 本 鋼 で は ， 化 学 成 分 適 正 化 と金，今治造船と NMRI との共同研究による衝突シミュレー

TMCP ( Thermo Mechanical Control Process )技術の活用にションで本鋼の効果を検証し，実船に適用した．

より，フェライトと第二相の組織分率を最適化し，かつ第二相を微細分散させるミクロ組織制御を行うことで，高強度と新日鐵住金株式会社1)主幹研究員，2)主査，3)主幹海上・港湾・航空技術研究所
1)海難事故解析センター 副センター長，2)研究特命主管
今治造船株式会社執行役員

日本海事協会プロジェクトマネージャー
Development of Holistic Solution to Improve Crashworthiness of Ships; Kazutoshi Ichikawa, Teppei Okawa,Hiroyuki Shirahata, Kazuhisa Yanagita, Kiyotaka
Nakashima, Naoki Oda, Yasuhira Yamada, Shigeru
Tozawa, Kenji Kamitaand Yuji Funatsu(Nippon
Steel & Sumitomo Metal Corporation. National Instituteof Maritime, Port and Aviation Technology. Imabari
Shipbuilding CO., LTD.. ClassNK)
2016年10月17日受理[doi:10.2320/materia.56.30]



高延性の両立を可能にした．さらに，S を極力低減するとともに介在物制御により，延性破壊のボイドの起点となり得る
粗大介在物を排除し，伸びのばらつきを低減した． TMCP技術の活用により，炭素当量及び溶接割れ感受性組成を低減
し，大入熱溶接熱影響部靭性を含む十分な溶接性を確保した．

.

Hull の特性
NSafe

表に本鋼の機械的性質の例を示す．引張試験には NK
U1 号試験片を使用した．本鋼(板厚35 mm)の応力－ひずみ

新技術・新製品表1

NSafeHull の機械的性質例．
降伏点(N/mm2) 引張強度(N/mm2) 伸び()鋼

板厚(mm)

A

11

410

517

30

B

18

389

508

33

C

26

384

509

32

D

35

381

505

33

図2

図3
図1

破口限界衝突速度の比較例．

NSafeHull 初適用ばら積み船の進水．

NSafeHull と従来鋼の応力ひずみ曲線の例．

曲線の例を図に示す．このように本鋼は従来鋼(KD36)と同等の強度と著しく優れた延性(従来 ClassNK 規則の約 1.5
倍の伸び)を有する．本鋼は既に商業製造技術を確立されており， TMCP の加熱，圧延および冷却条件の厳格管理により，小さな材質ばらつきで強度・延性に優れた鋼板の安定製造が可能である．

.

Hull の耐衝突特性解析と実船適用例
NSafe

図4

初適用ばら積み船における NSafeHull の適用部材(赤色部分)．

ここでは，ばら積み船に本鋼を適用した場合の被衝突船の吸収エネルギーと破口に至る限界衝突速度に与える効果の例

衝突しても外・内殻の破口は生じない
VLCC が12ノット90°

を示す．停止したばら積み船の船側部に対し，大型油タンカ

ことを示している(13)．

で衝突するシミュレーショ
ーが速度12ノット，衝突角度90°本鋼は，今治造船建造のばら積み船に初適用され， 2014

ンを非線形有限要素法解析で行った．船側外板の一部の部材

年 8 月に進水した(図)．図に示す部位に本鋼を適用するを ClassNK の規則・検査要領相当の伸びを有する従来鋼とことにより，側面衝突時の破口発生を抑制し，貨物倉内への本鋼を適用した 2 つの場合で破口状況を比較した．なお，

浸水防止と貨物保護や沈没の危険性の低減が可能になる．ま海上交通安全法施行規則(昭和 48 年 3 月 27 日運輸省令第 9

た，燃料油タンク部への適用により，衝突時の油流出防止に号)で制定された我が国における航路内の最大速力制限が12も寄与する．

ノットであることや，山田と金湖による解析による「頻度が本研究の一部は，ClassNK「業界要望による共同研究」ス

高い」船舶衝突速度は 10 ～ 11 ノットであること(9) を鑑み，キームの研究支援により実施され，新日鐵住金では既にこの解析条件として，十分に高い衝突速度12ノットを仮定した．

高延性鋼に関し， ClassNK の材料認証「 Particulars of Ap-

解析の結果，船側部材の一部に本鋼を適用した場合を規則

proval 」(例えば，従来の規則要求の 1.5 倍の伸びを有する

相当の伸びを有する従来鋼を適用した場合と比較すると，船KA32 HD50 など)を得た．また，本鋼を適用した上述のば

側外板破口発生までの吸収エネルギーは約 3 倍に向上する

ら積み船に対し，衝突や座礁に対するエネルギー吸収に効果ことがわかった．この吸収エネルギーから求められた，定量のある鋼を適用した船舶に付記される ClassNK の「 Nota-

的指標である限界衝突速度(10) を比較すると， 1.75 倍に向上

tion」を取得した．

する(図)．実際の船舶の「平均」衝突速度は統計的に4.27
ノットであること(11)(12)を考えれば，この図で示した 5 ノッ

.

衝突安全性が高い球状船首の開発と実用化

トを超える限界衝突速度は有意なレベルである．なお，同様にして，VLCC(Very Large Crude oil Carrier)に本鋼を適用

新日鐵住金は極低炭素，高純度化と最新の圧延技術によした場合の効果も検証されており，適用部位最適化により，り ，球 状船 首 向け に特 に変 形能 力 の高 い鋼 材( NS Ship 

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan



図5

衝突時の球状船首の変形解析例(海上・港湾・航空技術研究所提供)，(a)衝突前，(b)衝突後．

Safety235 )を開発し，今治造船はこれを活用し， 47000 t プ

文献

ロダクトタンカーに「セーフティーバウ」として採用した(14)．
この鋼は従来鋼の 1.5 ～ 2 倍の伸びを有し，衝突時の球状船首の変形により衝突エネルギーの吸収が大きい．なお，この鋼材開発を発端として，上述の NSafeHull の開発にも繋がっている．また，セーフティーバウは加工硬化が小さい
ため，衝突時の被衝突船に与える圧迫力が小さいので，万が一，衝突した場合でも被衝突船の損傷が小さい．
NMRI の協力で実施した衝突シミュレーション(例，図)で従来に比べ，被衝突船への圧迫力は 50 程度も低下し，破口も縮小する結果を得た． NS Ship Safety235 の製造および適用も ClassNK 承認を得ている．

. 結

言

船体構造に高延性鋼を適切に配置することにより，衝突時の船体の破口を低減することが可能な包括的材料ソリューシ
ョンを提案・実用化した．すなわち，


従来鋼と同等の強度，著しく優れた延性，十分な溶接性を備えた船体用高延性鋼 NSafeHull を開発，実用化
した．




球 状 船 首 向 け に 変 形 性 能 の 高 い 鋼 材 NS Ship Safety235 を開発，実用化した．

これらの技術は例えば参考文献(15)(24)に示すように，
特許登録査定されている．NSafeHull を採用したばら積み船が既に 6 隻竣工し，現在，さらに 10 隻以上が建造中・適用予定である．今後，特に NSafeHull をタンカーなど幅広い船種に適用することで，安全・確実な海上輸送への貢献が期待される．

( 1 ) 海上保安庁海難の現況と対策について，(2012).
( 2 ) G. Nataro, K. Brinchmann and E. Steen: Collision and Grounding of Ships and Offshore Structures, ed. by J. Amdahl, S.
Ehlers and B. J. Leira, (CRC Press, Taylor & Francis Group,
London, UK, 2013), 8592.
( 3 ) M. Sch äottelndreyer, I. Tautz, W. Fricke and E. Lehmann:
Collision and Grounding of Ships and Offshore Structures, ed.
by J. Amdahl, S. Ehlers and B. J. Leira, (CRC Press, Taylor &Francis Group, London, UK, 2013), 101108.
( 4 ) S. Rudan, B. A ¾s ¾ci ác and I. Vi ¾si ác: Collision and Grounding ofShips and Offshore Structures, ed. by J. Amdahl, S. Ehlers and
B. J. Leira, (CRC Press, Taylor & Francis Group, London, UK,2013), 331337.
( 5 ) 寺田好男，児島明彦，清瀬明人，中島隆雄，土井直己，原卓也，森本 裕，杉山昌章新日鉄技報，第380号，(2004)，
7681.
( 6 ) 辻 伸泰鉄と鋼，88(2002), 359
369.
( 7 ) 内山 郁，角田方衛鉄と鋼，57(1971), 18971911.
( 8 ) 小指軍夫鉄と鋼，61(1975), 29983021.
( 9 ) 山田安平，金湖富士夫日本船舶海洋工学会講演会論文集，
第17号，(2013), 175178.
(10) Y. Yamada, H. Endo, P. T. Pedersen: International Journal of
Offshore and Polar Engineering, 18(2008), 19.
(11) A. J. Brown: Marine Structures, 15(2002), 335364.
(12) B. Liu and C. G. Soares: 7th International Conference on
Collision and Grounding of Ships and Offshore Structures, ed.
by SR. Cho, H. K. Shin, J. Choung and RT Jung, (TheSociety of Naval Architectures of Korea, 2016), 157164.
(13) Y. Yamada, S. Tozawa, T. Arima, K. Ichikawa, N. Oda, K.
Kamita and H. Suga: 7th International Conference on Collision
and Grounding of Ships and Offshore Structures, ed. by SR.
Cho, H. K. Shin, J. Choung and RT Jung, (The Society ofNaval Architectures of Korea, 2016), 215223.
(14) 例えば，日刊工業新聞，2009年 8 月26日，15.
(15) 特許第5994819号(出願日2014年 5 月30日)．
(16) 特許第6007968号(出願日2014年12月26日)．
(17) 特許第3434444号(出願日1997年12月26日)．
(18) 特許第3434445号(出願日1997年12月26日)．
(19) 特許第3434446号(出願日1997年12月26日)．
(20) 特許第3499125号(出願日1998年 3 月 3 日)．
(21) 特許第3499126号(出願日1998年 3 月 3 日)．
(22) 特許第5893231号(出願日2015年 5 月26日)．
(23) 特許第5167917号(出願日2008年 4 月10日)．
(24) 特許第5167918号(出願日2008年 4 月10日)．

新技術・新製品動的析出強化を活用した自動車排気部品用
耐熱フェライト系ステンレス鋼(NSSC429NF，NSSC448EM)の開発
濱 田 純 一林
1)
伊 藤 宏 治
福田
5)

.

篤 剛
神 野 憲 博小 森 唯 志
2)
3)
4)
望
井 上 宜 治
5)

はじめに自動車のエンジンから放出された高温の排ガスは，ステンレス鋼製の各種排気部品を通り車外に排出される．この間，排ガスの浄化，再循環および熱回収等が行われる．エンジン直下に設置され，排ガスを集めるエキゾーストマニホールドには鋳物が使用されていたが，軽量化による燃費向上，低熱容量化による触媒暖気性および排ガス浄化性能の向上等の観図1

開発鋼の主な適用対象となる自動車排気部品．

点から， 1980 年代以降ステンレス鋼板または鋼管の適用が急速に進んだ(1)．図に示すエキゾーストマニホールドやその後に配置されるコンバーターは高温の燃焼ガスに曝される

産国が偏在するとともに価格変動性が大きい元素である．よため，材料に要求される特性は高温強度，高温疲労(熱疲って，上記元素を代替可能な新たな耐熱元素の抽出あるいは労，高サイクル疲労)，耐酸化性，加工性および溶接性と多省合金化は，元素戦略上極めて重要となる．加えて，市場で岐に渡るが，エンジンの起動・停止や走行中の出力変動に伴は低コスト化，排ガス温度の高温化や薄肉・軽量化に対応可

う加熱と冷却の繰り返しで生じる熱疲労が最も重要となる．

能な素材のニーズが高まってきている．

フェライト系ステンレス鋼は，オーステナイト系ステンレス

著者らは，エキゾーストマニホールドの耐久性能で最も重鋼に比べて熱膨張係数が小さいため熱疲労特性に優れている

要な熱疲労における動的組織変化を追求する中で，析出粒子

とともに，コストパフォーマンスの観点からも広く採用されの形態変化に着眼し，動的な高温析出強化を主体的に活用可ている．現在，主に使用されている汎用耐熱鋼は Nb により能であることを見出した(2)(3)．その結果，ベースメタルであ強化する SUS429系(14CrNb)であり，より高耐熱性が必る Cu をフェライト系ステンレス鋼に積極的に添加すること要な場合には Mo を加えた SUS444系( 18  Cr 2 Mo Nb )で，耐熱用途の材料に対して必須元素とされてきた Nb をフが適用されている．

リーとした Cu 添加鋼「NSSC429NF」を開発した．また，

一方，Nb や Mo はレアメタルとして挙げられており，生この技術を発展させて，SUS444系に対して Mo を大幅に削減した Nb Cu 微量 Mo 複合添加鋼「 NSSC448EM 」を開新日鐵住金ステンレス株式会社
研究センター薄板・自動車材料研究部 1 )上席研究員 2 )主任研究員 3 )マネジャー 4 )光製造所生産管理部部長代理
5)商品開発部部長代理
新日鐵住金株式会社八幡技術研究部上席主幹研究員
Development of Heatresistant Ferritic Stainless Steels``NSSC429NF'' and ``NSSC448EM'' Utilized Dynamic
Precipitation Hardening for Automotive Exhaust Systems;Junichi Hamada, Atsutaka Hayashi, Norihiro Kanno, Tadashi
Komori, Koji Ito, Nozomu Fukuda and Yoshiharu Inoue(
Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corporation.
Nippon Steel and Sumitomo Metal Corporation)
2016年10月31日受理[doi:10.2320/materia.56.33]

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

発および商品化した．本稿では技術基盤となる研究，開発鋼の諸特性と実用例について述べる．

.

開発の考え方

熱疲労過程の Cu 粒子形態

既存の耐熱鋼における主な強化機構は Nb や Mo の固溶強化であり(4) ，析出強化は補助的な強化と位置付けられていた．その理由は，析出物を微細分散させた組織であっても長時間高温に曝されると析出物が粗大化して密度が減少し，そ



図3
図2

熱疲労寿命に及ぼす Cu および微量 Mo 添加の効果．

熱疲労過程と時効熱処理後の Cu 粒子．

の強化量は大きく低減すると予想されるためである．しかしながら，自動車排気部品の様に繰り返し熱・歪サイクルを受ける際の組織形成は，静的な時効熱処理の場合とは大きく異なっていた．自動車排気部品の耐久性能を高精度に評価可能なパイプを用いた熱疲労試験(5)を 14 Cr1.2 Cu 添加鋼に対して実施し，時効熱処理の場合と Cu 粒子形態を比較した
結果を図に示す(3)．熱疲労過程の Cu 粒子は，時効熱処理の場合よりも球状微細分散し， Cu 粒子に転位が絡んでいる様子が観察される．超高圧電子顕微鏡内での高温引張その場

図4

既存鋼に対する開発鋼の位置づけ．

表1

開発鋼と既存鋼の成分例(mass)．

観察の結果(3) と併せて，高温で歪を受ける環境下における
Cu 粒子は，通常想定される棒状粒子のオストワルド成長では無く， Dislocation shearing による分断・固溶・再析出を繰り返し，微細形態を維持することが分かった．また，この様な Cu 粒子の析出形態は強化量が高く，静的熱処理後の約4 倍の強化量が見積られ，動的析出強化の有効性を定量的に示した(3)．


熱疲労寿命に及ぼす Cu 添加および微量 Mo 添加の効
果

鋼

Cr

Nb

Mo

Cu

Ti

NSSC429NF

14.1

―

―

1.2

0.18

NSSC448EM

17.1

0.54

0.3

1.2

0.11

SUS429系

13.3

0.43

―

―

―

SUS444系

17.2

0.47

1.8

―

0.11

従来， SUS429 系で高温耐久性能が未達な場合，約 2 のMo が添加された SUS444系が使用されてきた．しかしながに，いずれも溶接部の粒界腐食を防ぐために極低 C, N としら排ガス温度が徐々に高温化する中，コストアップが大きいて，安定化元素として Ti を添加した．化学成分例を表にため， Cu 粒子の動的析出を活用した Nb Cu 複合添加なら示す．

びに Mo 削減を検討した． 18 Cr0.5 Nb0.1 Ti 添加鋼の熱疲労寿命に及ぼす1.2Cu 添加および微量 Mo 添加の効

.

開発鋼の特性果を図に示す(6)．ここでは， Cu および Mo 無添加鋼の寿命に対する比で示している．これより Cu 添加により熱疲労図に開発鋼と既存鋼の熱疲労寿命の比較を示す(6)(7) ．

寿命が向上し，排ガス高温化や軽量化に向けた適用が期待出

NSSC429NF の熱疲労寿命は， SUS429 系と同等であり，来る．更に，従来検討されていない 0.3程度の微量 Mo を

目標を満足する． NSSC448EM の熱疲労寿命は， SUS429

添加することで，より大きな寿命向上が認められた．

系と SUS444系の中間に位置づけられるとともに，いずれの

目標と成分設計

温度条件でも SUS429系に対して30以上の寿命向上を達成している．

図に二つの開発鋼の位置づけを示す．NSSC429NF は，

図に開発鋼を大気中 950 °C で 200 時間の連続酸化試験を

SUS429系が使用される温度環境下で同等以上の耐熱性を有行った後の外観を示す(6)(7)．両鋼とも Cr 量等が適正化されす る こ と を 目 標 と し た ． NSSC448EM は ， SUS429 系 とているため，異常酸化やスケール剥離は生じない．

SUS444系の中間的な耐熱性を有するとともに，使用が想定

表に開発鋼と既存鋼の常温材質を示す(6)(7)．開発鋼は，される高温域でも SUS429系に対して30以上の寿命向上を

SUS429系よりも硬質・低延性傾向であるが，深絞り性の指目標とした．いずれも加工性と製造性を考慮して Cu 添加量標である r 値を高めて成形性を向上させている．これは，製

は 1.2 とし，図 3 の結果から NSSC448EM は 0.5  Nb ，鋼・熱延・冷延・焼鈍の薄板一貫製造工程における金属組織

0.3  Mo 添加とした．また， Cr 量は耐酸化性を考慮して，(析出物，集合組織)制御を高効率かつ適正に行うことで得ら

NSSC429NF で 14  ， NSSC448EM で 17  と し た ． 更

れている(6)．近年，ダウンサイジングに伴う部品コンパクト

新技術・新製品

図5

開発鋼と既存鋼の熱疲労寿命の比較．

図8

開発鋼が使用されたエキゾーストマニホールド．

果を示す(7) ． Nb フリーとした NSSC429NF は Nb 添加鋼に比べて凝固割れ感受性が低く，溶接性に優れている．

.

実用例・将来性開発鋼が適用されたエキゾーストマニホールドの実用例を図に示す． 2008 年から製造が実施されており，その生産
図6

量 は 累 計 約 11,000 ton に 至 っ て い る ． NSSC429NF は

開発鋼の酸化試験後の外観．

SUS429 系 に 対 す る 省 Nb 化 ， NSSC448EM は SUS444 系

表2

開発鋼と既存鋼の機械的性質(2 mm 厚)．
0.2耐力 引張強度 全伸び 平均 限界 穴拡げ率


MPa
MPa
r 値 絞り比鋼

に対する省 Mo 化および SUS429系に対する薄肉・軽量化のメリットが得られることから，国内外の自動車に搭載が進んでいる．両鋼は，地球環境対策として加速する排ガス規制の強化，燃費や熱効率の向上並びに部品コスト削減等の種々の

NSSC429NF

326

447

34

1.4

2.13

158

ニーズに貢献可能なステンレス鋼として，今後も採用の拡大

NSSC448EM

361

489

34

1.4

2.13

156

が期待される．

SUS429系

300

470

35

1.1

2.00

122

SUS444系

351

501

33

1.3

2.06

151

.

特

許

本開発に関わる特許を国内外に 15 件出願しており，国内では特許第 5297630号，特許第5546911号等の12件が登録されている．米国や中国をはじめ海外でも 7 件が登録されて
いる．

文

図7

NSSC429NF と SUS429 系のバレストレイン試
験結果．

化の流れから素材の成形性も極めて重要になっているが，本開発鋼は深絞り性や穴拡げ性に優れており，複雑形状部品への成形の自由度が向上している．

献( 1 ) 例えば，細井祐三監修ステンレス鋼の科学と最新技術，ス
テンレス協会，東京，(2011), 222228.
( 2 ) 神野憲博，井上宜治，濱田純一 CAMP ISIJ, 25 ( 2012 ) ,1175.
( 3 ) 神野憲博，濱田純一，金子賢治CAMPISIJ, 29(2016), 822.
( 4 ) 藤田展弘新日鉄技報，371(1999), 3034.
( 5 ) 宮原光雄，梶村治彦，樋口賢次日本鉄鋼協会自主フォーラ
ム，ステンレス鋼の高温特性と自動車排気系部材への利用技術，(2003), 1015.
( 6 ) 濱田純一，神野憲博，林篤剛，平出信彦，梶村治彦，井上宜治自動車技術会学術講演会前刷集，46
14(2014), 1316.
( 7 ) 神野憲博，濱田純一，平出信彦，林篤剛，矢川敦久，井上宜治，寺岡慎一自動車技術会 2016年秋季大会学術講演会講演
予稿集，(2016), 371374.

図に溶接部の凝固割れを模擬したバレストレイン試験結

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan合金鉄溶解炉による資源循環システムプロセスの開発
加 藤 勝 彦浅 原 紀 史小 川 雄 司3)1)
2)
平 嶋 直 樹府 高 幹 男
兼川
4)
5)
. 概

要

賢

し，還元時にシリコンの酸化物が生成し，転炉でのスラグ発生量の増大を招いていた．また，高価なフェロシリコン合金

新日鐵住金株式会社では，フェロクロム合金の転炉投入にの使用は製造コストの悪化につながる点も課題であった．更

よってフェライト系ステンレス鋼を主とする含クロム鋼を生に，高濃度クロム酸化物は融点が高く溶解し難いため，クロ産してきた．フェロクロム合金を転炉内で溶解するには多量

ム酸化物の還元には限界があった．

の熱源を消費するため，従来はクロム鋼屑のリサイクルが困難であった．また，転炉で脱炭精錬を行う際に同時に酸化さ.

合金鉄溶解炉の概要

れるクロムを還元回収するため，精錬後にフェロシリコン合金を投入していたが，スラグ発生量の増大につながる課題が本技術では転炉の前工程に合金鉄溶解炉(電気炉)を導入すあった．今回，合金鉄溶解炉(1)(3) を導入することで，クロることで，電気炉法による電気加熱能力と高炉法による安価

ム鋼屑の溶解利用および酸化クロムの効率的な還元回収を実な主原料供給能力の両者をハイブリッドに活用する資源循環

現し，資源循環型の生産プロセスを確立した．

システムを構築する(図)．
すなわち，合金鉄溶解炉においてクロム鋼屑およびフェロ

.

開発の背景

クロム合金をアーク熱によって溶解することが可能となり，クロム鋼屑の全量リサイクルを達成できる．

株 では，電気炉によるスクラップ溶解に比べて新日鐵住金

更に，転炉で発生した高濃度クロム酸化物は合金鉄溶解炉

安価な高炉溶銑を主原料とし，上底吹き転炉にてフェロクロに装入され，フェロクロム合金中に含まれるシリコンを活用

ム合金を連続投入する含クロム鋼製造技術を構築してきた．

して還元される．従来に比べてフェロシリコン合金の使用量

しかしながら，溶銑に対してフェロクロム合金を多量に溶解を大幅に削減できるため，スラグ発生量低減およびコスト削するには熱源が必要となる．必要な熱源は炭材添加によって減が可能となる．

確保されるが，炭材には不可避的に硫黄が含まれるため，低なお，一般的な電気炉操業では全装入原料に対する副原料

硫鋼の製造に課題が生じる．したがって，クロム鋼屑を転炉の配合比率は 5程度(4)であるが，合金鉄溶解炉では約30で再利用することは困難であった．

を占め大半が高濃度クロム酸化物である．本技術では，スラまた，溶鉄中の炭素濃度低減および燃焼熱の確保の観点か

グ組成や処理温度，撹拌条件の適正化により，多量の高濃度

ら，転炉では酸素ガスによる酸化精錬が必須である．このクロム酸化物を少量の溶鉄で還元処理し，高効率にクロムを際，炭素のみならず添加したクロムの一部が酸化される．従来，酸化精錬で生じた高濃度クロム酸化物は，転炉内にフェロシリコン合金を添加することで還元回収していた．しか新日鐵住金株式会社
八幡製鐵所1)ステンレス企画室長 4)元製鋼部長
5)スパイラル鋼管工場長
技術開発本部2)主幹研究員 3)プロセス技術部長
新日鐵住金ステンレス株式会社 光製造所製鋼工場長
Development of the MultiMaterial Recycling System Using
Electric Arc Furnace for Melting FerroAlloy; Katsuhiko
Kato, Norifumi Asahara, Yuji Ogawa, Naoki Hirashima,Mikio Futaka and Satoshi Kanekawa(Nippon Steel &Sumitomo Metal Corp. Nippon Steel & Sumikin StainlessSteel Corp.)
2016年10月27日受理[doi:10.2320/materia.56.36]



図1

合金鉄溶解炉による資源循環システムプロセスの概要．

新技術・新製品

還元回収できる．特にスラグ組成としては，環境負荷が懸念

降，反応速度の大きさは一次の Cr 還元反応容量係数 k で評される蛍石( CaF2 )を使用することなく低融点化を実現して価した．
処理温度と酸化クロムの還元速度の関係を図に示す．処いる．

理温度が高いほど容量係数 k は増大することが確認された．

.

溶解炉実験による基礎検討




実験条件




蛍石レス下でのスラグ組成の適正化

撹拌動力密度 0.04 kW / t の条件下でアルミナ添加量や温処理温度およびスラグ組成の基礎検討のため，溶解炉実験

度を変化させた場合の反応速度および到達( Cr2O3 )を図を実施した．主な実験条件を表に示す．ラボ溶解炉にて，に示す．種々の指標との相関を調査した結果，図中の70 kg の含クロム溶銑を溶製した後，粉砕した未還元転炉ス

横軸に示すように実験終了時点の( CaO)/{(SiO2)＋(ラグや生石灰を上置き添加した．スラグの溶融促進剤とし

Al2O3)}を指標とした時に最も相関が強かった．

て，一部の水準ではアルミナも添加した．炉底に設けたポー本指標が 1.1以下では，本指標が高くなるほど還元速度は

ラスプラグから Ar ガスを吹き込み，撹拌を付与した．未還

増大し，還元処理後の到達(Cr2O3)は低下した．これは溶元スラグ投入時点から40分間での還元挙動を評価した．

融スラグの粘性低下による物質移動速度の向上によるものと



考えられる．一方，本指標が 1.1 を超えて過剰に高くなる

処理温度の影響と，反応速度の低下が見られた．これはスラグの液相率が低種々の条件下で，酸化クロムの還元反応は概ね一次反応に下して固液共存状態となり，スラグ全体の流動性が悪化したためと考えられる．

従い，反応速度は下式で表された．
－d(Cr2O3)/dt＝k(Cr2O3)(1)

以上より，本指標が 1.1程度となるようにアルミナと生石

こ こ で ， k  一 次 の Cr 還 元 反 応 容 量 係 数 ( 1 / min ) ，灰を添加した場合に最も還元速度が大きく，同時に還元処理( Cr2O3 )スラグ中 Cr2O3 成分濃度( mass )である．以後の(Cr2O3)も低位になると推定された．

表1

主な実験条件．

実験装置

100 kg 大気溶解炉

溶鉄量

70(kg)

副原料投入量未還元スラグ50(kg/tmetal)

生石灰

3.625.7(kg/tmetal)

アルミナ

014.3(kg/tmetal)
Ar ガスによる底吹き撹拌

撹拌方法
撹拌動力密度(5)0.04(kW/tmetal)
40(min)撹拌時間1450, 1550, 1650(°
C)

温度
[Cr]

16(mass)[C]

4.2(mass)

溶鉄成分

図2

処理温度と反応速度の関係．

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

図3

図4

反応速度に及ぼすスラグ組成の影響．

到達(Cr2O3)に及ぼすスラグ組成の影響．



.

図5

撹拌力と副原料配合比率の関係．

図6クロム鋼屑リサイクル比率の変化．

本技術の実機化および主要成果

株 八幡製鐵所(戸畑地区)において，合金鉄溶解
新日鐵住金

図7

図8

主原料構成の変化．

一次精錬でのスラグ発生量の変化．

ながった(図)．


スラグ発生量の削減

炉を実機化した．なお実機化にあたっては，多量のスラグを本技術ではフェロクロム合金中シリコンの活用による酸化高効率に処理するため，一般的な電気炉操業(6)に比べて底吹

クロムの還元回収を実現したことで，従来法に比べてフェロ

き撹拌力を強化した(図)．また，ラボ溶解炉に比較して相シリコン合金の使用量を約 60 削減できた．その結果，図対的にスラグが浅く広く分布する形状となるため，空間的にに示す一次精錬(転炉，合金鉄溶解炉)でのスラグ発生量を均一に撹拌することも重要である．そこで，通電加熱に伴う

約40低減するとともに，大幅なコスト削減を達成できた．

撹拌を加味しながら，底吹きガスの吹込み位置を数値流体解
析等によって最適化した．



省資源化

合金鉄溶解炉設置前後のクロム鋼屑リサイクル比率を図

.

特

許

本開発に関連して出願した主な特許は以下である．
特 許 第 5454313 号 ， 特 許 第 5458631 号 ， 特 許 第 5326475に示す．クロム鋼屑のリサイクル比率は，以前は 2程度と号，他登録特許・実用新案全 6 件，公開特許 5 件，出願特低位であったが，合金鉄溶解炉導入によって100化を達成

許 9 件．

した．
また，本技術によってスラグの還元率が向上し，従来は約5 であった還元後スラグ中酸化クロム濃度は約 2 まで低減した．これに相当するフェロクロム合金削減効果も得られた．
以上の結果，フェロクロム合金の使用量としては約15 ，高炉溶銑とフェロクロム合金を合せた新規原料の使用量では約 20 の削減効果が得られており，省資源化につ



文

献

( 1 ) 楠伸太郎，西原良治，加藤勝彦，坂上仁志，福永新一，平嶋直樹新日鐵技報，394(2012), 111118.
( 2 ) 金子尚樹，加藤勝彦，田中康弘CAMPISIJ, 28(2015), 69.
( 3 ) N. Kaneko, K. Kato and Y. Tanaka: Proc. Asia Steel 2015,(2015), 488
489.
( 4 ) 森井 廉電気炉製鋼法，日本鉄鋼協会，(2000), 100.
( 5 ) 森 一美，佐野正道鉄と鋼，67(1981), 672695.
( 6 ) 森井 廉電気炉製鋼法，日本鉄鋼協会，(2000), 170.

新技術・新製品

ソフトウェアは使わずに，各種材料の PF モデルを個別に一から構築し，ソースコードを開発しています．研究室の学生
は，配属から 1 ヶ月程度で科学技術計算に必要なプログラ
 研究対象とする材料組
ミング言語の知識を身に付けた後，◯材料組織形成をシミュレートする
計算組織学研究グループ(小山・塚田研究室)
名古屋大学大学院工学研究科
マテリアル理工学専攻材料工学分野

 材料組織の各種エネルギー計算法の織形成に関する調査，◯
 材料組織形成のモデリング，◯
 組織シミュレーショ
習得，◯

ン結果の整理・可視化とその解釈，に多くの時間を割いています．学生は，学年や研究テーマに関係なくお互いの研究内容について議論し，また重要な知識や計算スキルをうまく共有しながら，研究を進めています．
我々は最近，PF 法とデータサイエンスの手法を組み合わせた研究に積極的に取り組んでいます．材料組織形成に関与

我々の研究室は，名古屋大学大学院工学研究科マテリアルする現象は数多くありますが，個々の現象の PF モデルは世理工学専攻材料工学分野(2017年度からは，後述の材料デザ界的に整備が進んできており，それらを効果的に組み合わせ

イン工学専攻)に所属しています．現在，教員・スタッフ

ることで，実際の材料組織形成をシミュレートするための高は，教授の小山敏幸先生，准教授の塚田祐貴，技術補佐員の度な PF モデルを構築することが可能になってきました．モ

三摩唱子氏の 3 名です．学生は，名古屋大学の修士課程学

デルが高度化すると，どうしても数値計算にかかる時間が増

生 6 名，学部学生 6 名が在籍し，名古屋工業大学から修士

加してしまいますが，我々の研究室では，GPGPU 用の計算課 程 学 生 5 名 を特 別 研 究派 遣 学 生と し て受 け 入 れて い ま機を導入することで，比較的短時間でシミュレーション結果

す．研究室では，材料組織形成メカニズムの解明や優れた材を得ることができています．PF 法では，シミュレーション

料特性を発現させるための組織制御指針の提示を目標に，フの入力データとして単相の各種物性値が必要です．当然，用ェーズフィールド( PF )法を軸足として，各種材料の組織やいる入力データが異なれば，シミュレーションで得られる材

特性のシミュレーションに取り組んでいます．特に，PF 法

料組織も異なってきます．もし，入力データが異なるシミュに基づく組織シミュレーションの結果を特性計算のイメージ

レーション結果が大量にあれば，データサイエンスの手法をデータに用いることによってプロセス解析と特性解析を連携用いて，入力データ(＝単相の各種物性値)と計算結果(＝材させる新しい研究を行っています．

料組織)の関係を記述し，材料組織予測の簡易システムを構PF 法は材料組織形成過程のシミュレーション手法です．

築することができます．もしこれが実現すれば，材料組織制

PF 法では，材料組織を記述するためのフィールド変数を定御を目的とした従来の試行錯誤的なプロセスを大幅に加速す

義し，そのフィールド変数を用いて組織の全自由エネルギー

ることができると考えています．これ以外にも，データサイを定式化します．そして，全自由エネルギーが最も効率的にエンスの手法を活用した取り組みを順次進めており，「 PF減少する方向へフィールド変数の時間発展を計算し，組織形法の活用による材料開発プロセスの高効率化」を実現するた成をシミュレートします．これまで材料学の分野で確立されめの普遍的手法を確立することを目指しています．

てきたエネルギー計算法(CALPHAD 法に基づく単相のギブ

さて，名古屋大学工学部・工学研究科は 2017 年 4 月に改

スエネルギー計算法やマイクロメカニクスに基づく弾性ひず組が予定されており，新しくマテリアル工学科が誕生し，マみエネルギー計算法など)を PF モデルに直接取り込むこと

テリアル工学科の上に，大学院の 3 つの専攻(材料デザイン

によって，全自由エネルギーの定量的評価に基づいた組織シ

工学専攻，物質プロセス工学専攻，化学システム工学専攻)

ミュレーションが可能になります．最近は，簡単な二次元シが設置されます．マテリアル工学科では，材料・物理・化学

ミュレーションであれば，組織形成の計算から計算結果の可を基軸として，物質・材料のナノスケールから製造・生産と視化まで，汎用のノートパソコンを使って数分程度で実行すいったマクロなシステムまでを一つの体系として捉えたカリることができます．折に触れて，学部学生の前でノートパソ

キュラムを構成しており，物質の原理原則に基づいたものづ

コンを使った組織シミュレーションを実演することで，学生くりを目指した研究活動，マテリアルを様々な観点から俯瞰

に材料組織形成に対する興味を持ってもらうとともに，最近できる能力を持った人材を育成するための教育活動を行っての汎用パソコンの演算能力の高さを実感してもらっています．

いきます．計算組織学研究グループ(小山・塚田研究室)の見研究室では，「材料組織」をキーワードに，様々な材料を学は随時受け付けておりますので，ご興味のある方がいらっ

対象に研究テーマを設定しています．研究対象としている材
料には，鉄鋼材料，ニッケル基耐熱材料，次世代マグネシウ

しゃいましたらお気軽にご連絡ください．
(文責塚田祐貴

名古屋大学准教授)

ム構造材料，超弾性チタン材料，希土類磁石材料，電池材料(2016年11月 7 日受理)[doi:10.2320/materia.56.39]などがあります．いずれの材料も，優れた特性を引き出すた(連絡先〒4648603 名古屋市千種区不老町)

めに，材料組織の改良・最適化が必要とされています．研究Email: tsukada＠numse.nagoyau.ac.jp

室では，組織シミュレーションを実行するにあたり，既製のま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japanすが，学部生時代の私はあまり真面目に授業を受ける学生ではなかったので，当初は線形代数，ベクトル解析，結晶学といった基礎的な予備理論の復習・勉強を主にしていました．
正直なところ最初の頃は，他のテーマに配属された研究室の同期の学生が実験をしているのを羨ましく思うこともありましたが，実際に数値解析で得られた結果を材料の力学特性や組織と比較してみると，今まで取り組んできた理論解析が，一見乱雑に見える組織形態を理解するための着目点となることが分かりました．着目するということは，視野を狭めることにもなりますが，「窓」から物事を眺めるようにあえて視野を狭くすることで漠然と眺めているだけでは見えなかったものが見えるということに感銘を受けました．そして自分自身で新しい窓を見つけたいと考えるようになりました．博士
課程ではその窓を探すことが目的となりましたが，いざ自分で窓を探す立場になると，それが容易ではないことを思い知りました．私の場合，最初に窓の重要性に気づきましたが，窓を重視し，それを模倣しようとするあまり視野が狭くなりすぎてしまったことが原因でした．最終的にはマルテンサイ

.

は じ

め

に

ト組織の選択性に関する小さい窓をみつけることができまし
たが，助教になった現在でも，この部分に関しては勉強すべ

この度は「はばたく」への執筆の機会を頂きありがとうご

きところがあると思っています．

ざいます．関係各位に御礼申し上げます．最初に自己紹介を.

させて頂きます．

教

員

生

活

私は 2016 年 4 月より神戸大学工学研究科機械工学専攻の田中研究室で助教をしております．学部は名古屋工業大学の現在，私は神戸大学の田中克志教授のもとで層状構造を持

機械工学科に所属し，修士・博士課程は東京工業大学の物質った酸化チタン熱電材料の組織と熱電特性の関係について研

科学創造専攻に所属していました．本稿では修士・博士課程究しています．これまでの実用熱電材料であるテルライド系の学生生活と教員生活で私が経験し，感じたことをお伝えで

熱電材料はレアメタルや有害元素を含む点，材料の高温安定きればと思います．

性が低い点などから使用場所が限定されるという問題があります．チタン酸化物系熱電材料は材料コスト，安全性，高温

.

学 生

生

活

安定性ともに優れている材料ですが，実用化するためには熱電変換特性の向上が必要です．本研究室では，本材料特有の修士・博士課程では細田秀樹教授，稲邑朋也准教授のもと

Ti2O3 導電体膜と TiO2 絶縁体層の層状構造の電気伝導特性

形状記憶合金の組織に関する研究をしていました．形状記憶に着目して組織制御を行うことで本材料の高性能化を目指し合金を実用化するうえで長年の課題となっているのが長寿命ています．熱電材料と形状記憶合金は同じ機能性材料です

化です．形状記憶合金は材料を繰り返し使用すると駆動温度が，物理現象も大きく異なる材料であり，まだまだ勉強しなや形状回復率が徐々に変化します．これは組織に蓄積されるければならないことが多々ありますが，同時にあたらしい理

転位が原因です．形状記憶合金は室温でマルテンサイト組織論に触れる機会でもあります．新たな分野での刺激を原動力を形成しますが，この組織はバリアントと呼ばれるマルテンに私なりの新たな窓を見つけていきたいと思います．

サイトプレートを構成単位とし，特定の種類のプレート同士が選択的に結合することにより構成されています．形状記憶博士を卒業する際に私の主指導教員だった稲邑先生より合金を使用する際に発生する転位の発生源はバリアント間に「初心忘れるべからず」という言葉を頂きました．この言葉

不可避的に生じるミスフィットが塑性的に緩和されることがは室町時代の猿楽師である世阿弥によるもので，能の舞台に原因ですので，どの種類のバリアントが選択的に結合してマ初めて立つ際の上手い下手にかかわらず情熱をもって取り組

ルテンサイト組織を形成するのかを知ることが，組織に発生む姿勢，すなわち初心いつまでも忘れるべきではないというする転位を制御する上で重要になります．私の研究はこのマ言葉です．指導される側の学生から助教として学生を指導す

ルテンサイト組織の選択性を解明するというものでした．研

る立場に変わっても，慢心せず，学生時代に感じた研究の面究室に配属された当初は実際の材料を用いた実験ではなく，

白さや情熱を失わずに日々成長していけるようこれからも精マルテンサイト組織の構造を連続体力学により数値解析する

進していきたいと思います．

ということを行っていました．数値解析には数学的なバック(2016年11月 9 日受理)[doi:10.2320/materia.56.40]

グラウンドが必要となりますが，お恥ずかしい話ではありま(連絡先〒657
8501 神戸市灘区六甲台町 11)

は ば た く

本
会

告

会

記

事

2017年春期(第160回)講演大会ご案内ならびに参加申込みについて …………………………………………41
2017年春期講演大会における企業説明会への学生参加者の募集…………………………………………………………………42
2017年春期講演大会機器・書籍・カタログ展示会出展募集，大会プログラム広告および講演概要集 DVD
ジャケット広告募集 …………………………………………43
2017年春期講演大会会期中の託児室設置のお知らせ ………43
第 3 回ランチョンセミナー開催予定 …………………………43
2017年秋期講演大会公募シンポジウムテーマ提案募集 ……44
学術貢献賞(第15回)候補者推薦のお願い ……………………44
功労賞(第15回)候補者推薦のお願い …………………………44
奨励賞(第27回)候補者推薦のお願い …………………………44
村上奨励賞(第14回)候補者推薦のお願い ……………………45
第65回論文賞候補論文推薦(自薦)のお願い …………………45
第 7 回まてりあ賞推薦(自薦)のお願い ………………………45
2017年 1 号からの機関誌の配送について ……………………45
研究集会 …………………………………………………………46
金属学会シンポジウム …………………………………………46
会誌・欧文誌編集委員会からのお知らせ ……………………47

支部行事……………………………48 次号予告……………………………50
掲示板………………………………48 新入会員……………………………51
会誌・欧文誌 1 号目次……………49 行事カレンダー……………………52

事務局 渉 外 ・ 国 際 関 係secgnl＠jim.or.jp
会員サービス全般account＠jim.or.jp
会費・各種支払member＠jim.or.jp
刊 行 物 申 込 みordering＠jim.or.jp
セミナーシンポジウム参加申込みmeeting＠jim.or.jp
講 演 大 会annualm＠jim.or.jp
総 務 ・ 各 種 賞gaffair＠jim.or.jp
学術情報サービス全般secgnl＠jim.or.jp
分
科会stevent＠jim.or.jp
まてりあ・広告materia＠jim.or.jp
会 誌 ・ 欧 文 誌editjt＠jim.or.jp

公益社団法人日本金属学会
〒


 仙台市青葉区一番町

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 FAX 
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

TEL 
http://jim.or.jp/
会告原稿締切毎月 1 日で，翌月号掲載です．
掲示板や行事のご案内は，ホームページにも掲載しております．

ご連絡先住所変更等の手続きは，本会ホームページ 会員マイページ からできます．
投稿規程，刊行案内，入会申込は，ホームページをご利用下さい．
オンラインジャーナルの発行や行事のご案内等の本会からのお知らせ Email の受信をご希望される方は， 会員マイページ → 会員情報の変更届 にて手続して下さい．

会

告(ホームページもご参照下さい)年春期(第回)講演大会ご案内ならびに参加申込みについて会期年月日(水)～月日(金)会場首都大学東京南大沢キャンパス(〒1920397 東京都八王子市南大沢 11)

懇親会2017年 3 月15日(水)1800～2000
懇親会会場首都大学東京南大沢キャンパス 国際交流会館内レストラン「ルヴェソンヴェール」
年月日(金)大会参加予約申込締切
参加申し込みは，すべてインターネット申込となります．詳細は，下記参加申込要領をご覧下さい．

参加申込要領インターネットによる事前の大会参加申込みおよび懇親会参加の申込み 〈登録期間〉
月日(木)～月日(金)
大会参加申込み URL

http://www.jim.or.jp/convention/2017spring/

予約申込締切後，予約申込者へ大会参加証引換券，概要集 DVD を送付します．懇親会参加申込をされた方には，懇親会参加券もあわせてお送りします．なお，領収書は，決済完了後に申込画面から各自印刷して下さい(WEB 画面講演大会 MyPage よりダウンロード)．
■2 月10日以降は当日申込となります．当日申込をご希望の方は，会場受付にて直接お申込下さい．

◆大会参加費(講演概要集 DVD 代含む)※年会費とは異なります．
参加費・講演概要集 DVD・懇親会の消費税扱については，ホームページ(一覧表 PDF)をご参照下さい．
予約申込締切日

月日(金)(申込および入金期日)
予約申込(インターネット申込・事前支払い)

当日申込(大会会場受付・現金払いのみ)

正員・維持員会社社員

9,000円

10,000円

学生員※

6,000円

6,500円

会員資格

非会員

一般

19,000円

20,000円

非会員

学生(大学院生含む)

14,000円

15,000円

お支払後の取消は，ご返金いたしかねますのでご了承下さい．
※ 学生員 卒業予定変更等により会員種別に相違がある場合，事前に会員種別の変更手続きを行ってから，大会参加をお申込下さい．

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan◆懇親会費(消費税込み)
予約申込締切日

月
日(金)(申込および入金期日)
予約申込(インターネット申込・事前支払い)

当日申込(懇親会会場受付・現金払いのみ)

一般

5,000円

7,000円同伴者(ご夫人またはご主人)

3,000円

3,000円

お支払後の取消は，準備の都合上ご返金いたしかねますのでご了承下さい．

◆支払方法
事前予約のお支払いはクレジットカードおよびコンビニ振込決済をご利用頂けます．また，入金後のご返金は致しかねます．2 月10日(金)の入金日をもって予約申込完了となります．

◆講演概要集 DVD のみ購入する場合
 申込者氏名◯
 会員資格(会員番号も併記)◯
 申込数◯
 住所をご記入の上，件名を「2017年春期講演大会講演概要集 DVD 購入申込」とし，◯

Email: ordering＠jim.or.jp 宛にお申込み下さい．月日の発行後，請求書を添えて送付いたします．
会員価本体3,810円＋税

定価本体10,000円＋税

送料360円

参加申込・問合先〒9808544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会
 0222233685

FAX 0222236312 Email: annualm＠jim.or.jp%

年春期講演大会における企業説明会への学生参加者の募集
2017年春期講演大会開催に合わせ，学生のキャリアサポートの一環として本会主催により，日本金属学会・日本鉄鋼協会併催の第 3 回企業説明会を開催します．本説明会は，学生にできるだけ多くの素材・材料関連企業に接してもらい，進路選択に役立ててもらおうというものです．講演大会に参加する学生を対象に募集しますので，奮ってご応募下さい．今回は，企業のことをより深く知ることができるように，説明会終了後に企業の担当者との交流会(立食懇親会，無料)を行ないます．
年月日(火)
～
開催日時 
＊軽食を準備します．
開催場所

首都大学東京南大沢キャンパス(12号館，8・9 号館，国際交流館)

主

催

公益社団法人日本金属学会

協賛

首都大学東京学生サポートセンター，一般社団法人日本鉄鋼協会

参加企業

素材，材料関連の企業42社

スケジュール

応募資格(東京都八王子市南大沢 1
1)

1200～1400
1400～1700

企業口頭説明(企業概要のプレゼンテーション)
企業ブース説明1730～1930 企業担当者との交流会(立食懇親会，参加無料)
日本金属学会の春期講演大会の参加学生

応募方法

本会ホームページ上の2017年春期講演大会の参加申し込み画面から申し込む

募集期間

2016年11月10日(木)～2017年 2 月10日(金)(公社)日本金属学会 企業説明会担当  022223
3685

問 合 先

FAX 0222236312 Email: secgnl＠jim.or.jp%～ 第回企業説明会参加企業(社) ～株
1 愛知製鋼
株 神戸製鋼所
5 
株 GSユアサ9 株
13 新日鐵住金
株
17 住友金属鉱山
株 ソディック
21 
株
25 TDK株29 日新製鋼
株33 日本発条株
37 日立造船株41 ヤマハ発動機

株
2 石福金属興業
株 コベルコ科研
6 
株
10 JFE スチール
株
14 新日鐵住金ステンレス
株18 住友重機械工業
株22 大同特殊鋼
株
26 東洋鋼鈑株30 日鐵住金建材
株
34 日本冶金工業
株
38 福田金属箔粉工業
株 UACJ
42 

株
3 NTN
株
7 サンデンホールディングス株
11 JFE テクノリサーチ株
15 新明和工業
株
19 住友電気工業
株
23 中越合金鋳工
株
27 DOWA ホールディングス株
31 日鉄住金テクノロジー
株35 日立金属
株
39 三井金属鉱業

(50音順)
株 荏原製作所
4 
株
8 山陽特殊製鋼
株
12 昭和電工
株
16 日鉄住金 SG ワイヤ株
20 セイコーインスツル
株
24 中外炉工業
株
28 トピー工業
株32 日本軽金属
株 日立製作所
36 
株
40 三菱アルミニウム

本 会 記 事年春期講演大会機器・書籍・カタログ展示会出展募集
大会プログラム広告および講演概要集 DVD ジャケット広告募集
年春期講演大会会期中の託児室設置のお知らせ
2017年春期講演大会期間中，日本金属学会と日本鉄鋼協会が共同で託児室を開設いたします．利用ご希望の方は「託児室利用規約」
をご確認の上，下記シッター会社へ直接 Email にてお申込み下さ2017 年 3 月 15日(水)から17 日(金)までの 3 日間，首都大学東京
南大沢キャンパスで開催される春期講演大会会場内で機器・書籍おい．

よびカタログの有料展示会を開催いたします．大会プログラム，講設置期間および利用時間(開始，終了時間は予定です)

演概要集 DVD ジャケット掲載の広告の募集もいたします．

設置期間

利用時間

■機器・書籍展示

2017年 3 月15日(水)830～1730

研究開発用機器，書籍，ソフトウェア等の出展を募集します．

2017年 3 月16日(木)830～1730

2017年 3 月17日(金)830～1645

間口 1,800 mm，奥行き 900 mm(予定)小間

展示台(テーブル)，椅子，電源(100 V 1 kW まで)をご用
場

意します．

所

＊電気容量の追加は 1 kW 毎に10,000円(税別)をご負担下
さい．

首都大学東京南大沢キャンパス内(詳細はお申し込者の方のみにご案内します)

対象・利用料金

出展料金

機器展示1 小間140,000円(税別)

申込締切

書籍販売1 小間 90,000円(税別)
2017年 2 月 3 日(金)

0 歳～2 歳 お子様 1 人につき 2,000円/1 日
お子様 1 人につき 1,500円/1 日
3歳
4 歳～学童まで お子様 1 人につき 1,500円/1 日※二人同時に預ける場合，二番目の子(弟もしくは妹)は半額■カタログ展示

利用料金は，利用当日朝までに，日本鉄鋼協会事務局室(6 号館

2 点(A4 サイズ，8 頁以内)につき，30部以内
2 点につき 30,000円(税別)( 1 点増すごとに 10,000円(税

展示部数
出展料金

別)追加)

A4 版 1P
1/2P

入稿原形態

申込方法

原稿締切

申込期間 年月日(水)～月日(火)まで(定員に達し次第締め切らせて頂きます)
申込・問合せ先

広告料金
掲載場所
普通頁

※お申込み受領後 3 営業日以内に，シッター会社より返信メールをお送りします．

天地 125 mm×左右 180 mm

完全データ(グレースケール)

株 ファミリー・サポートBAMBINO CLUB

担当者星

頁

1
1/2

後付
後付

申込み期間中に本ホームページに開設する申込みページ
よりお申込み下さい．

天地 260 mm×左右 180 mm

2017年 1 月26日(木)2017年 2 月 2 日(木)申込締切

BAMBINO CLUB担当者星■講演大会プログラム広告
原稿寸法

株 ファミリー・サポート
利用シッター会社

2017年 2 月 3 日(金)申込締切

1 階)にお支払い下さい．なお，申込締切後のキャンセルはキャ
ンセル料を頂く場合がありますので，あらかじめご了承下さい．

FAX 0333773178
%

掲載料金

 03
33773177

70,000円
40,000円

Email: khoshi＠familysupport.co.jp※不測の事故に対応するために，シッター会社が保険に加入してお○上記の料金には消費税は含まれておりません．

り，保険適用範囲で補償いたします．また日本金属学会および日○原稿制作費は別途ご請求させていただきます．

本鉄鋼協会は，事故の責任は負わないことを申し添えます．お子様の健康状態，留意点など必ず託児スタッフへお伝え下さい．お■講演概要集 DVD ジャケット広告

伝えいただけない事が原因となってお子様に損害が発生した場合

原稿寸法

天地 120 mm×左右 121 mm

入稿形態

完全データ(4 色カラー)※完全ご予約制となっておりますので，ご予約のない場合にはご利

2017年 2 月 2 日(木)2017年 2 月 2 日(木)用いただけません．なお，託児室のスペースの関係上，定員にな

申込締切日
原稿締切日

はお客様の責任となります．

り次第締め切らせていただきますので，予めご了承下さい．

掲載場所

頁

掲載料金

表紙 2 カラー
表紙 4 カラー1
1

50,000円
75,000円

第回ランチョンセミナー開催予定○上記の料金には消費税は含まれておりません．

春期講演大会の会期中に，第 3 回ランチョンセミナーを開催いたします．このセミナーは，参加者の皆様に講演大会の昼食時間を○原稿製作費は別途ご請求させていただきます．

利用して昼食をとって頂きながら，企業による最新の技術情報を聴講いただく企画です．参加無料です．多くの皆様のご参加をお待ち■申込・問合先

しております．

〒1040061 東京都中央区銀座 7124(友野本社ビル)
株式会社

明報社

担当

 0335461337(代)月岡太郎

FAX 0335466306%

Email: tsukioka＠meihosha.co.jp

主催

公益社団法人

企

画

株式会社

日

時

会

場

2017年 3 月16日(木) 昼休み時間
首都大学東京南大沢キャンパス 1 号館(講演会場)

参加費

無料

日本金属学会

明報社

昼食を無料提供いたします．

～皆様のご参加をお待ちしております～
参加企業・参加方法

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

次号 2 号にて詳細をご案内いたします．

年秋期講演大会公募シンポジウムテーマ提案募集
提案期限

年月
日(月)

期日厳守

受賞人数
推薦資格

学術部門 2 名

技術部門 1 名
本会代議員または 3 名以上の正員連名による推薦

推薦書記入方法
 所定の推薦書様式に合わせてご推薦願います．
◯

会員の研究活動一層の活性化を図ることを目的として，春秋講演

 最終学歴は卒業年次および学校名(学部名)を記入，また，大学◯大会において会員からの提案テーマによるシンポジウム講演を実施

院修了者は修了年次と大学名も併せて記入して下さい．

いたしており，活況を呈しております．本年の秋期講演大会の公募

 業績の大要と推薦理由は1,000字程度で記入して下さい．
◯

シンポジウムテーマを募集いたします．要領をご参照の上，活発な 論文リストは特に主要な論文を「原著論文」「解説論文」「国際◯討論が期待できる有益なテーマを積極的にご提案下さい．(提案様会議論文」に分別し，計 15 編以内を選び，論文題目，発表誌
名，巻号頁，共著者を記載の上，A4 版 1～2 頁で提出下さい．
推薦手続き 下記メール宛に「第 15 回功労賞推薦」と明記し，お式はホームページよりダウンロードして下さい．）
詳

まてりあ55巻12号624頁 or ホームページ→講演大会

細送り下さい．送信後 2～3 日過ぎても受理メールの無い場合はお問合せ下さい．(所定様式はホームページ

第
回学術貢献賞候補者推薦のお願い
本会では地域振興の観点から各地域に根ざした技術の進歩発達に貢献した個人あるいは組織を対象とした「学術貢献賞」を設けておからダウンロードして下さい．）
年月日(月)推薦締切 
詳細まてりあ12号622頁

ホームページ表彰関係

ります．第 15 回の授賞式は， 2017 年秋期講演大会(北海道大学)の折，9 月 6 日に行い，また会期中に受賞記念講演をお願いしており

第回奨励賞の候補者推薦のお願います．
多数の優秀な候補者を推薦いただくため，広く会員からの推薦

本会では次世代を託する優れた若手研究者を顕彰するために(3 名以上連名)をもとめております．下記要領により積極的にご推1991 年から「日本金属学会奨励賞」を設けており，第 27 回の授賞式を2017年の秋期講演大会(北海道大学)の折，9 月 6 日に行います．

薦下さい．

歴史の転換期にある今日，若い世代の意識の高揚こそが何よりも＊推薦書(様式)は，チェック項目を確認の上，ご提出下さい．

望まれ，金属・材料工学ならびに関連分野で活躍しつつある若手研■推薦要領

究者の中から将来性豊かな人材をご推薦下さいますようお願いいた候補者の対象
受賞人数

各地域において金属学または金属工業に関する学術

します．

または技術の進歩発達に功労があった方．

＊推薦書(様式)は，チェック項目を確認の上，ご提出下さい．

各支部 1 名，但し関東支部と関西支部は 1～3 名程度受賞者の方には，秋期講演大会の折に受賞記念講演をお■推薦要領

願いしております．

候補者の対象

推薦資格

本会支部長，代議員または 3 名以上の正員連名による2017 年 5 月 31 日時点で 33 歳以下の方，金属・材料
工学ならびに関連分野で卓越した業績を挙げつつ推薦ある研究者．工業技術部門は企業の研究者または推薦書記入方法

 所定の推薦書様式に合わせてご推薦願います．
◯
 最終学歴は卒業年次および学校名(学部名)を記◯

技術者を対象とします．
対象部門

工業材料，工業技術部門の 7 部門

入，また，大学院修了者は修了年次と大学名も併せて記入して下さい．

推薦資格

 業績の大要と推薦理由は 1,000 字程度で記入し
◯

て下さい．
推薦手続き

推薦書記入方法

下記メール宛に「第15回学術貢献賞推薦」と明記し， 所定の推薦書様式に合わせてご推薦願います．
◯

お送り下さい．送信後 2～3 日過ぎても受理メールの 最終学歴は卒業年次および学校名(学部名)を記入，また，大学◯院修了者は修了年次と大学名も併せて記入して下さい．
 研究部門は物性，組織，力学特性，材料化学，材料プロセシン◯

ジからダウンロードして下さい．）

グ，工業材料，工業技術部門の 7 部門となっております．どの部門に推薦されるか記入して下さい．(分野別に選考いたし年月日(月)推薦締切 
細本会代議員，分科会委員または 3 名以上の正員連名による推薦

無い場合はお問合せ下さい．(所定様式はホームペー

詳

物性，組織，力学特性，材料化学，材料プロセシング，

まてりあ12号622頁

ホームページ表彰関係ます) 業績の大要と推薦理由は1,000字程度で記入して下さい．
◯

第
回功労賞候補者推薦のお願い

工業技術部門は企業人としての実績(特許・社内表彰等)も記入

本会では 45 歳以上の研究・技術分野に功績があった方を対象と下さい．

して，日本金属学会賞に次ぐ賞として「日本金属学会功労賞」を設

 論文リストは特に主要な論文を「原著論文」「解説論文」「国際◯けております．第 15 回の授賞式を 2017 年秋期講演大会(北海道大会議論文」に分別し，計 15 編以内を選び，論文題目，発表誌
名，巻号頁，共著者を記載の上，A4 版 1～2 頁で提出下さい．
推薦手続き 下記メール宛に「第 27 回奨励賞推薦」と明記し，お学)の折，9 月 6 日に行います．多数の優秀な候補者を推薦いただ
くため，広く正員からの推薦(3 名以上連名)をもとめております．

送り下さい．送信後 2～3 日過ぎても受理メールの無い場合はお問合せ下さい．(所定様式はホームページ

下記要領により積極的にご推薦下さい．
＊推薦書(様式)は，チェック項目を確認の上，ご提出下さい．

からダウンロードして下さい．）
年月日(月)推薦締切 

■推薦要領
候補者の対象
対象部門

2017 年 5 月 31 日時点で 45 歳以上，各組織における定年までの方詳細まてりあ12号622頁

ホームページ表彰関係

学術部門金属学または金属工業に関する学術の進歩発展に功労があった方
技術部門金属学または金属工業に関する技術の進歩発展に功労があった方

本 会 記 事第
回村上奨励賞候補者推薦のお願い◎

推薦書の記入要項

1.

論文題名

本会では財団法人村上記念会からのご寄付を基に金属工学の分野

2.

著者名

で卓越した業績を挙げつつある若手研究者を奨励するため「日本金3.

掲載・巻・号・頁

属学会村上奨励賞」を設けており，第 14 回の授賞式を 2017 年の秋

4.

対象部門(物性，組織，力学特性，材料化学，材料プロセシン

期講演大会(北海道大学)の折，9 月 6 日に行います．多数の優秀な

グ，工業材料の中から選択)掲載された部門で選考されます

候補者を積極的にご推薦下さい．

5.

＊推薦書(様式)は，チェック項目を確認の上，ご提出下さい．

6. 推薦者名(勤務先・連絡先 TEL・Email も記入下さい)
推薦締切 
年月日(月)

■推薦要領

詳

候補者の対象推薦理由(300～400字)細まてりあ12号623頁

ホームページ表彰関係

金属工学の分野で卓越した業績を挙げつつある，

推薦資格

2017年 5 月31日時点で40歳以下の若手研究者．
本会代議員，分科会委員または 3 名以上の正員連名による推薦

会報「まてりあ」に掲載された論文または記事の中から，金属及

受賞人数

若干名

びその周辺材料の学術及び科学技術の振興に顕著な貢献をしたと思

推薦書記入方法

第回まてりあ賞推薦(自薦)のお願い

われる方に「まてりあ賞」を授賞しております．

 推薦書様式に合わせてご推薦願います．
◯
 最終学歴は卒業年次および学校名(学部名)を記入，また，大学◯院修了者は修了年次と大学名も併せて記入して下さい．

授賞候補論文および授賞候補記事の推薦は「会報編集委員」，「著者本人」，「一般会員(正員 3 名以上の連名)」の推薦となります．
積極的なご推薦をお願いいたします．

 推薦理由は1,000字程度で記入して下さい．
◯
 論文リストは特に主要な論文を「原著論文」「解説論文」「国際◯■第回「まてりあ賞」推薦要領

会議論文」に分別し，計 15 編以内を選び，論文題目，発表誌

賞の名称・概要および授賞件数

名，巻号頁，共著者を記載の上，A4 版 1～2 頁で提出下さい．
推薦手続き 所定の様式に必要事項を記入の上，下記メール宛に「第14回村上奨励賞推薦」と明記し，お送り下さい．

は科学技術上優秀で且つ金属およびその周辺材料に係る分野

送信後 2～3 日過ぎても受理メールの無い場合はお問の進歩発展に顕著な貢献をした論文に対し授賞する．

合せ下さい．(所定様式はホームページからダウンロ

ードして下さい．）
日(月)推薦締切日 年月
詳

細まてりあ12号623頁

まてりあ論文賞
2 編以内
日本金属学会会報「まてりあ」に掲載した論文で，学術また

まてりあ啓発・教育賞
2 編以内
日本金属学会会報「まてりあ」に掲載した記事で，まてりあ
記事の特徴を活かし，金属およびその周辺材料に係る啓発やホームページ表彰関係

教育に顕著な貢献をした記事に対し授賞する．
授賞対象記事第回論文賞候補論文推薦(自薦)のお願い
本会では毎年秋の講演大会の折に，前年 1 カ年の会誌，欧文誌

2014年～2016年掲載済記事(授賞済記事は除く授
賞済記事はホームページに掲載します．）

年月日(月)推薦締切 
詳細まてりあ55巻12号623頁

ホームページ表彰関係に掲載された論文の中から特に優秀な論文に対し，論文賞を授賞しております．論文賞候補論文の推薦は会誌，欧文誌の「編集委員」
または「論文査読者」あるいは「代議員」の方々にお願いしております．また，より広く推薦していただくため，「著者本人」からの自薦も認めております．つきましては，下記ご参照の上，奮ってご応募をお願いいたします．
＊論文賞推薦書(様式)は，チェック項目をご確認の上ご提出下さい．
◎第
回論文賞の対象論文
日本金属学会誌第80巻 1～12号(2016年)掲載分

Materials TransactionsVol. 57 No. 1～12(2016年)掲載分
注次の要件をすべて満たした原著論文を対象といたします．


日本金属学会誌掲載論文は，「学術論文」又は「技術論文」


年号からの機関誌の配送について〈お知らせ〉
2017 年 1 号 よ り ， 会 報 「 ま て り あ 」， 金 属 学 会 誌 ， Materials
Transactions の配送は，3 誌それぞれ別便による送付となります．
これまで「まてりあ」と同封されていた他のジャーナルはそれぞれ別にお手元に届くこととなりますので，何卒ご了承下さいますよう宜しくお願い申し上げます．

のカテゴリーに属する論文であること．

Materials Transactions 掲 載 論 文 は ，「 Regular Article 」 又は「Technical Article」のカテゴリーに属する論文であること．
Materials Transactions に英文発表後 1 年以内に日本金属学
会誌に投稿された論文若しくは日本金属学会誌に発表後 1
年以内に Materials Transactions に投稿された論文ではない
こと．




◇

◇

◇

コピーライトが本会に帰属されていること(本会に著作権を委譲している論文)．



推薦数の要件
 推薦者は，同じ論文を複数の部門に推薦することはできな◯い．
 1 名の推薦者がこの賞に推薦出来る論文数は，一部門に◯つき 1 論文である．

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan1610～1650
 Deformation Twinning in Ultrafine Grained High
Mn Austenitic Steels
Prof. Nobuhiro Tsuji, Kyoto University

研究会 No. 70

第回プラストンに基づく変形現象研究会～変形機構研究のフロンティア～［共催］京都大学 構造材料元素戦略研究拠点
近年，必ずしも転位の概念だけでは理解しきれない変形現象が顕在化しつつある．回位( disclination )の運動によるナノ結晶材料における複数の結晶粒の協調的なせん断や回転，原子のシャフリング
を要する六方晶や金属間化合物における変形双晶，マルテンサイト
変態，粒界すべりなどがこの範疇に属し，材料の変形現象を包括的に理解する上位概念として変形子(プラストン)が提案されている．
本研究会は新規な挑戦的概念であるプラストンを題材に新たな視点
から材料の変形と破壊についての基礎的議論を行うために企画された．今回は，構造材料の研究に関する基礎的検討を通して，活発な意見交換を行いたい．
日
場

時
所

2017年 1 月31日(火)～2 月 1 日(水)京都大学 楽友会館(〒6068501 京都市左京区吉田二本松町)

プログラム(全て英語での講演)
1 月31日(火)1000～1025 Registration
1025～1030 Opening Remark
1030～1130
 New Insights into Strengthening Mechanisms in Superalloys
Prof. Michael J. Mills, The Ohio State University, USA―休 憩―
1150～1230
 Plastic deformation and solid solution strengthening in high en
tropy alloys with the fcc structure AssistantProf. Norihiko L. Okamoto, Kyoto University―昼食休憩―
1350～1450
 Ab initio modeling of dislocation core properties in HCP and
BCC metals
Prof. David Rodney, Universite de Lyon, France―休 憩―
1520～1600
 Crack
tip shielding by dislocations and its effect on fracture
toughness
Prof. Kenji Higashida, Kyushu University(Now at National Institute of Technology, Sasebo College)―休 憩―

2 月 1 日(水)930～1030
 Deformation and Failure at the Nanoscale: Case Studies onComplementing Experiments with Simulations
Prof. Erik Bitzek, FriedrichAlexander Universitat Erlangen
Nurnberg, Germany―休 憩―
1100～1140
 Multiscale analysis on temper and H
induced embrittlement ofsteel
Dr. Masatake Yamaguchi, Japan Atomic Energy Agency―休 憩―
1150～1230
 Hydrogenrelated fracture behavior of martensitic steels under
different deformation conditions
Associate Prof. Akinobu Shibata, Kyoto University―昼食休憩―
1350～1450
 Unique tensile fracture of high Mn alloys
Prof. YoungKook Lee, Yonsei University, Korea―休 憩―
1520～1600
 FCC to HCP martensitic transformation and dislocation motionunder thermal and mechanical cycling
Dr. Takahiro Sawaguchi, National Institute for Materials Science―休 憩―
1610～1650
 Effect of Elemental Segregation on Properties of Structural
Materials
Dr. Koichi Tsuchiya, National Institute for Materials Science
1650～1700
Closing
企画責任者 乾 晴行(京都大・工)参加費 無料(参加人数確認のため可能な限り事前参加申し込み下
さい)
申込・問合先 1 月 20 日(金)までに E mail または FAX にて氏名
所属電話番号を明記してお申し込み下さい．
〒606
8501 京都市左京区吉田本町
京都大学 構造材料元素戦略研究拠点
大石毅一郎
 0757535573 %FAX 0757535578
Email: admin＠esism.kyotou.ac.jp

金属学会シンポジウム

データサイエンスと材料研究開発
日時 年月日(金)～

エッサム神田ホール 1 号館 3F 大会議室301(〒1010045 東京都千代田区神田鍛冶町 3
22)
年月日(火)着信 当日申込もございます．
事前申込締切 場

所

高温物性値測定技術の最前線とものづくりへのアプローチ日時 年月日(火)～

場

所

東京工業大学大岡山キャンパス

年月日(木)着信
事前申込締切 
詳

細

問合先



西 9 号館 1 階コラボレーションルーム
当日申込もございます．

まてりあ11号552頁，553頁または本会ホームページの「シンポジウム」をご覧下さい．
〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432 (公社)日本金属学会 シンポジウム参加係
Email: meeting＠jim.or.jp  0222233685 %FAX 0222236312

本 会 記 事

会誌編集委員会から特集企画のお知らせ■Kinetics and Phase Relationships for Microstructure Evolution in Metals and Alloys(金属材■先端材料の結晶方位分布と関連特性 ( Crystallographic Orientation Distribution and Related Properties inAdvanced Materials II)

料における組織形成過程の速度論的挙動と相関係)
金属材料の物理的性質や機械的強度は，合金組成ばかりでなく材
料組織によって決定される．このため，優れた材料特性を有する金金属やセラミックス等の結晶性材料の高性能化には組成や組織の属材料を開発するためには，最適な材料組織を実現することが重要制御以外に結晶方位の制御も必要である．将来的な資源循環を考慮である．熱処理過程における金属材料の組織変化は，主に拡散律速すると，微細組織と結晶方位を最適化することがますます重要とな型で進行する．しかし，熱処理過程の初期段階では，むしろ界面反る．また，最近の結晶方位解析技術の進歩により，結晶方位と関連

応律速型が支配的であると言われている．このため，材料組織を最した様々なソフトウエアが開発されている．このような動向を背景

適に制御するためには，組織変化の律速過程等に対する知見が必要に，本特集企画では会誌 77 巻 9 号( 2013 年)に掲載された「先端材である．本特集号では，金属材料の組織形成過程に対する速度論的料の結晶方位分布と関連特性」を再企画する．結晶方位分布に関す挙動や相関係に注目した実験研究や理論解析に関する論文を対象とる様々な研究を対象とする．

している．

上記テーマに関する特集を，日本金属学会誌81巻11号(2017年11月発行)に予定しております．多数ご投稿下さいますようお願いい

上記テーマに関する特集を， Materials

たします．

うお願いいたします．

実施予定号第81巻第11号(2017年)
原稿締切日2017年 5 月 1 日

Transactions 58 巻 12 号
( 2017 年 12 月発行)に予定しております．多数ご投稿下さいますよ

掲載予定号

第58巻第12号(2017年)

原稿締切日

2017年 6 月 1 日

投稿に際しては，日本金属学会誌投稿の手引・執筆要領(本会 Web ページ)に従うこと．
通常の投稿論文と同様の審査過程を経て，編集委員会で採否を決定する．

投稿に際しては，日本金属学会欧文誌投稿の手引・執筆要領(本会 Web ページ)に従うこと．
通常の投稿論文と同様の審査過程を経て，編集委員会で採否を決定する．

問合せ先〒980
8544 仙台市青葉区一番町 11432(公社)日本金属学会 会誌編集委員会

http://jim.or.jp/
 0222233685

FAX 0222236312%

著者は，投稿・掲載費用をご負担願います．(別刷 50 部寄
贈)．
問合せ先

〒9808544 仙台市青葉区一番町 114
32Email: editjt＠jim.or.jp(公社)日本金属学会欧文誌編集委員会

http: //jim.or.jp/
 022
2233685

欧文誌編集委員会から特集企画のお知らせ

FAX 0222236312%

Email: editjt＠jim.or.jp■Recent Advances in Solid State Ionics and Its
Applications(固体イオニクスとその応用における最近の
新展開)

◇

◇

◇

固体イオニクスの分野では，イオン輸送現象，材料開発，デバイス応用の各方面において近年様々な新展開があります．イオン輸送現象においては，計算科学や先端分光・回折技術との連携によりバ

日本金属学会誌，Mater. Trans. へ投稿しませんか

ルク内拡散の可視化や，ナノスケール界面・表面での伝導機構と電気化学反応の理解が進んでいます．材料開発では，高イオン伝導性
材料，混合伝導体に加えて，複合アニオンや有機・無機ハイブリッ
ド材料が注目されています．また，様々な手法によりこれら材料の◎日本金属学会誌および Mater. Trans. は，会員，非会員問わず投稿することができます．

高品質な薄膜も作製されています．応用面では，二次電池，燃料電掲載論文充実化のため，レビュー，オーバービュー，技術論文

池の高性能・高信頼性化が進み，それらのオペランド解析も注目さなど多くの種別を取り入れております．又，掲載論文の早期公れています．さらに，原子スイッチやメムリスターは固体イオニク開も行っております．会誌の投稿・掲載費用は無料です．

スの新しい展開です．本特集号は，これら固体イオニクス分野でのオーバービュー，原著論文を広く募り，現状と今後の展望を探る機会とします．

詳細は，本会ホームページ

→

会誌

or

Mater. Trans. のページをご覧下さい．
～皆様のご投稿をお待ちしております．～

上記テーマに関する特集を， Materials Transactions 58 巻 12 号
( 2017 年 12 月発行)に予定しております．多数ご投稿下さいますよ
うお願いいたします．
掲載予定号第58巻第12号(2017年)
原稿締切日2017年 6 月 1 日

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan



支部行事
第回「若手フォーラム」―ポスターセッション併催―
日本金属学会・日本鉄鋼協会 中国四国支部では，若手研究者および技術者の研究・開発への意欲向上ならびに議論を通じての支援のために，講演の場を提供することを実施しています．またポスターセッション(フリーテーマ)を開催しますので，意欲あふれる研究発表を期待しています．
日

時

場

所

2017年 2 月17日(金)1000～1630岡山国際交流センター 7 階多目的ホール◇3NLab Workshop on Permanent Magnets◇★ご参加には事前登録が必要です．

(http://www.opief.or.jp/oicenter/)(〒7000026 岡山市北区奉還町 2
21

登録方法についてはワークショップホームページをご確認下さい．

JR 岡山駅運動公園口(西口)から徒歩 5 分)
プログラム
1000～1010
1010～1100

開会の挨拶

岡山理科大

座長岡山大日(金)■開催期日 年月
■開催会場

金谷輝人

竹元嘉利

度特性と損傷評価
○岡山大

中田隼矢

座長広島大 市川貴之

civity''●S. Okamoto, IMRAM, Tohoku Univ.
``Coercivity mechanism of NdFeB magnets based on magnetic

ポスターセッション(下記要領にてお申込下さい)〈ポスター発表募集〉
 題名
 所属・氏名(発表者に○印)
 連絡先(電話・E

mail )を明記，月日(水)必着で，下記申込先へ E 
mail でご連絡下さい．
ポスターサイズ参加費

横 90 cm×縦 210 cm(Max.)

無料

企画世話人

竹元嘉利(岡山大)，清水一郎(岡山理科大)，
金谷輝人(岡山理科大)申込・問合先●D. Givord, Neel Lab.

``What magnetic measurements bring to our understanding of coer-○広島大 姚友強(Youqiang YAO)

申込方法

http://www.nims.go.jp/mmu/3NLabWorkshop.html■予定講演者とタイトル―休憩―

Fabrication process of carbon nanofibers reinforced magnesiumcalcium alloy composites
1330～1630

物質・材料研究機構 千現地区(茨城県つくば市)■ホームページ

微小試験片試験技術を用いた金属材料の局所強1100～1110
1110～1200〈公募類記事〉
無料掲載募集人員，締切日，問合先のみ掲載．
有料掲載1/4頁(700～800文字)程度．
「まてりあ」とホームページに掲載15,000円＋税ホームページのみ掲載
10,000円＋税〈その他の記事〉 原則として有料掲載．
原稿締切・掲載号毎月 1 日締切で翌月号 1 回掲載
原稿提出方法電子メールと FAX 両方(受け取りメールの確認をして下さい)原稿送信先%FAX 0222236312 Email : materia＠jim.or.jp

岡山大学工学部

viscosity and FORC measurements''●T. Schrefl, Danube Univ. of Krems``Micromagnetics of magnetization reversal in permanent magnets―nucleation and pinning in focus''●T. Miyake, AIST``Possibilityof rare earth permanent

magnetsother than

Nd2Fe14B''●O. Gutfleisch, Technische Univ. Darmstadt``Free rare earth or rare earth free magnets―vision and reality''●K. Hono, NIMS and JST, CREST``High coercivity Dyfree NdFeB magnets''●T. Iriyama, Intermetallics Japan竹元嘉利

FAX 0862518266%
Email: takemoto＠mech.okayamau.ac.jp

 086
2518027``Issues in ultrafine grained NdFeB sintered magnets''●T. Nakamura, JASRI``XMCD imaging of magnetization reversal processes in NdFeB
magnets''●T. Abe, NIMS``Thermodynamic database for NdFeB permanent magnets basedon CALPHAD approach''●N. Dempsey, Neel Lab.
``RETM hard magnetic films―from model materials to applications''●H. SepehriAmin, NIMS

◇

◇

◇

``Microstructure and coercivity of Sm2(Co,Fe,Cu,Zr)17 permanent
magnets''■問合せ

物質・材料研究機構
磁性・スピントロニクス材料研究拠点
運営室

吉野Email: YOSHINO.Ayumi＠nims.go.jp★備考｢3N
Lab」とは国際共同研究ラボ「NEEL NIMS for Nanosciences Laboratory」の略称です．



本 会 記 事集

1330～An 棟 2F コンベンションホール
特別・合同シンポジウム(第 4 回貴金属シンポ)＋新年会

■第
回 


年月日(金)会

貴金属の製錬・リサイクル技術の最前線◇レアメタル研究会◇■主催

レアメタル研究会■第回 年月日(金)

～
徹

教授

An 棟 2F

コンベンションホール

主宰者

東京大学生産技術研究所 岡部★中村崇教授が熱く語る特別シンポジウム＋慰労会★（合同開催)

協力(一財)生産技術研究奨励会(特別研究会 RC40)

共催

東京大学マテリアル工学セミナー時間午後200～

東京大学生産技術研究所 持続型エネルギー・材料統講演

合研究センター

講師依頼中
講演題目検討中(2 件程度の講演を予定)
非鉄製錬の研究と業界に対する取り組みと将来展望(仮)(60分)

東京大学生産技術研究所 非鉄金属資源循環工学寄付
協

賛

■開催会場

テーマ中村崇先生の研究と活動，非鉄業界と研究の将来展望

研究部門（JX 金属寄付ユニット）(一社)軽金属学会 (一社)資源・素材学会他

東北大学 多元物質科学研究所 教授
東京大学 生産技術研究所 特任教授 中村

午後600～東京大学生産技術研究所

研究交流会・意見交換会(An 棟 2F

崇

講師

ホワイエ)

An 棟 2F コンベンションホール(〒 153 8505 東京
都目黒区駒場 461)＊レアメタル研究会ホームページ＊(最寄り駅駒場東大前，東北沢，代々木上原)

http://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/japanese/rc40_ j.html■参加登録・お問合わせ★備考関連研究会

東京大学 生産技術研究所
岡部研究室

学術支援専門職員〈米国版レアメタル研究会(RMW)のご案内〉宮嵜智子

FAX 0354526313 Email: tmiya＠iis.utokyo.ac.jp%〈平成28年度■■

第74回(2016.11.30現在)
レアメタル研究会のご案内〉■RMW12Workshop on Reactive Metal Processing (Reactive

Metal Workshop)March 3 (Fri)4 (Sat), 2017, Cambridge, MIT
http://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/coretocore/rmw/

2017年 1 月 6 日(金)(平成28年度 第 4 回)
★貴金属シンポジウム(第 3 回)＋新年会★(合同開催)

第75回 2017年 3 月10日(金)(平成28年度 最終回)
★中村崇教授が熱く語る特別シンポジウム＋慰労会★(合同開催)

日 本 金 属 学 会 誌 掲 載 論 文

Materials Transactions 掲載論文

Vol. 81, No. 1（2017）Vol. 58, No. 1（2017）

特集「ネオジム磁石の金属組織および粒界近傍の磁性と保磁力機構」
特集「ネオジム磁石の金属組織および粒界近傍の磁性広沢 哲と保磁力機構」によせて
ネオジム焼結磁石の微細組織―粒界相および界面組織
佐々木泰祐 大久保忠勝 宝野和博
（レビュー）
マイクロマグネティクス計算による Nd-Fe-B 磁石磁化反転過程の解析（レビュー）
大久保忠勝

Hossein Sepehri-Amin

宝野和博

希土類磁石における界面および粒界近傍の結晶磁気異吉岡匠哉 土浦宏紀
方性と保磁力（レビュー）
ネオジム磁石の粒界構造と局所磁性の電子論（レビュ合田義弘 立津慶幸 常行真司
ー）
Nd-Fe-Cu 3 元系状態図の熱力学的解析
堀野祐司

Luo Jinya

榎木勝徳

佐伯成駿
大谷博司

ネオジム磁石の粒界相形成に対するフェーズフィール
小山敏幸 塚田祐貴 阿部太一
ドシミュレーション
小林能直

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan―Regular Articles―
Materials Physics

Diffraction-Pattern Based on Spontaneous WrinShi Peng, Wei Li and Jing Zhang
kled Thin Films
Microstructure of Materials

Effects of Friction Stir Process and Stabilization
Heat Treatment on Tensile Characteristics andPunch-Shear Properties of AZ61 Alloy
Hsiang-Ching Chen, Fei-Yi Hung, Truan-Sheng Lui and
Li-Hui Chen

Solubility of Carbon in Molten Copper-Nickel Alloy and Vickers Hardness of Copper-Nickel-SatuMuizz bin Mohd Noor Abdul andrated Carbon
Seiji Yokoyama

Kinetics of Solid-State Reactive Diffusion in the
Yoshiki Takamatsu, Minho O and
Cu/Zn System
Masanori Kajihara

Surface Sulfation Chemistry, Structural andChemical Activities of High Pure Anatase TiO2
Youjun Yan
NanocrystalsModeling of Phosphorus Transport by Interstitial
Iron Using First-Principles-Based
Dumbbell in a
Ken-ichi Ebihara,
Kinetic Monte Carlo

Stress Analysis of Thin Wall Core Pin in Aluminum Alloy High Pressure Die Casting

Tomoaki Suzudo and Masatake Yamaguchi

Suguru Takeda, Norio Shinmura and Shinji Sannakanishi

Aging Behavior of In-Situ TiB2 Particles ReinJing Xue,
forced 2014Al Alloy Composites

Fabrication of Nano-Crystalline Diamond Duplex
Micro-Gear by Hot Filament Chemical Vapor
Hong-jun Wang, Dun-wen Zuo, Feng Xu
Deposition

Materials Processing

Luling Zhang, Jun Wang and Renjie Wan

and Wen-zhuang Lu

Correlation between Density and Microstructural
Features in Vacuum Die Cast AZ91D Magnesium
Qingliang Wang, Shoumei Xiong andAlloy

Joining of AZ31 Magnesium Alloy and Steel Sheetunder Four Different Coating Conditions Based on
Minjung Kang,
Gas Metal Arc Weld-Brazing

Xingzhong Zhang

Cheolhee Kim and Young-Min Kim

Mechanics of Materials

Mechanical Properties of Zircaloy-4 Cladding
Tube by Advanced Expansion due to Compression
Z. Zhao, D. Kunii, T. Abe, H.L. Yang,(A-EDC) Test

Engineering Materials and Their Applications

Synthesis, Spectral Properties of Zinc Hexadecafluorophthalocyanine (ZnPcF16) and Its Application in Organic Thin Film Transistors

S. Kano, Y. Matsukawa, Y. Satoh and H. Abe

Yingli Sun, Xianggao Li, Shirong Wang, Lijun Zhang andFeng Ma

Effect of Intergranular Carbides on CreepStrength in Nickel-Based Heat-Resistant Alloys

Alignment of Biological Apatite Crystallites in
Kento Odaka,
Peri-Implant Bone of Beagles

Takanori Ito, Shigeto Yamasaki, Masatoshi Mitsuhara,
Minoru Nishida and Mitsuharu Yonemura

Satoru Matsunaga, Masaaki Kasahara, Takayoshi Nakano,
Masao Yoshinari and Shinichi Abe

Materials Chemistry

Influence of Temperature on the Selective Chlorination and Evaporation Reactions of Zn and Pb in
Guodong Sun, Hiroyuki Matsuura andEAF Dust

Inhibitory Effect of Zirconium Coating to Bone
Bonding of Titanium Implants in Rat Femur
Ryohei Takada, Tetsuya Jinno, Yusuke Tsutsumi,
Hisashi Doi, Takao Hanawa and Atsushi Okawa

Fumitaka Tsukihashi

Synthesis of Ag/CuInS2 Core-Shell Nanoparticles

Biodegradation of Pure Magnesium and Bone Tissue Reaction in Rabbit Femur 1 Year Results of 3D
Micro-CT Monitoring and Histological ObservaAkane Ishikawa, Jun Tamura, Toshikazu Akahori,tion

Toshihiro Kuzuya, Takahiko Kuwada, Yasushi Hamanaka
and Shinji Hirai

Highly Enhanced Heavy Metal Adsorption Performance of Iron Oxide (Fe-Oxide) upon IncorporaHye-Jin Hong, Ji-Won Yang,tion of Aluminum

Tomokazu Hattori and Masataka Deie

―Rapid Publication―

Jung-Seok Yang and Hyeon Su Jeong

Electrochemical and Quantum Chemical Studies of
1, 2, 3-Benzotriazole as Inhibitor for Copper andSteel in Simulated Tap Water

Evaluation of Pitting Corrosion Mechanism of
AZ31 Magnesium Alloy by Monitoring Acoustic
Hye-Young Kim, Jae-Yeon Kim,
EmissionYong-Sang Kim and Jung-Gu Kim

Seung-Mi Lee and Jai-Won Byeon

◇

◇

◇

まてりあ

第
巻

第号

[最近の研究］溶融金属や溶融塩，溶融スラグの粘度に関する研究 ……………………………………………竹田 修[最近の研究］生体用マグネシウム合金のリン酸カルシウム被覆………………………………………………廣本祥子

予告[入門講座］中性子線による金属材料の組織と弾塑性変形挙動の解析()～組織形成その場測定～ …………友田 陽[新技術・新製品］5 編―他―
編集の都合により変更になる場合がございます．



本 会 記 事(2016年10月21日～2016年11月21日)

正

員

浅野
聡
阿部能之
綾田倫彦
五十嵐正晃
池田成明
石川和男
石川欣一
石丸詠一郎
石本和弘
伊藤明洋
伊藤雅章
井上哲夫
岩本規暁
植田義久
内海宏和
江川恭徳
王
昆
大石恵一郎
大上良樹
大久保 智
太田晃浩
大間英之
小川
宏
小澤
正
表
和彦
春日良一
桂
翔生
金田
章
鎌田隆史
亀井裕次
川村律夫
神田輝一
岸上一郎
岸本康夫
喜多昭彦
学

生

東
尚志
安藤佑樹
石原佐季
岡田晏佳

住友金属鉱山株式会社
住友金属鉱山株式会社
日本発条株式会社
新日鐵住金株式会社
古河電気工業株式会社
株式会社豊田自動織機
丸本ストルアス株式会社
新日鐵住金ステンレス株式会社
東京製綱株式会社
中部電力株式会社
大亜真空株式会社
東芝マテリアル株式会社
愛知製鋼株式会社
株式会社ファインシンター
宮城県産業技術総合センター
石福金属興業株式会社
日本冶金工業株式会社
三菱伸銅株式会社
関西大学
東京都立産業技術センター
マルヤス工業株式会社
日本精線株式会社
東ソー株式会社
日本ケミコン株式会社
株式会社リガク
ダイジェット工業株式会社
株式会社 神戸製鋼所
小名浜製錬株式会社
セイコーインスツル株式会社
川崎重工業株式会社
大阪チタニウムテクノロジーズ
関東冶金工業株式会社
日立金属株式会社冶金研究所

JFE スチール株式会社
アイシン・エイ・ダブリュ株式会社

木戸敬彰
木村紀孝
櫛部春雄
久保田高史
栗岩貴寛
桑原鉄也
小出政俊
小紫正樹
佐々木史明
渋江和久
嶋田利生
清水
剛
城
正満
杉田啓介
鈴木
至
鈴木雄詞
住友三幸
諏訪部繁和
ソン サンフン
高岡英清
高木英俊
高嶋耕司
竹田幸浩
竹中久貴
田澤豊彦
田中
隆
田中義孝
田野智宏
土屋
新
長岡美津也
中川路重己
中西
賢
中西広吉
中野元裕
中野要一郎

住友重機械ハイマテックス株式会社

小谷拓史
大慶哲也
辻
康広
藤岡由美

東京大学

◇

◇

日本カンタム・デザイン株式会社
トクセン工業株式会社
三井金属鉱業株式会社
株式会社三徳住友電気工業株式会社
株式会社神戸製鋼所
一般財団法人金属系材料研究開発センター

DOWA メタニクス株式会社
株式会社 UACJ
中外炉工業株式会社
日新製鋼株式会社
株式会社 TSL ソリューションズ
住友化学株式会社
国立研究開発法人科学技術振興機構
日本軽金属株式会社
日亜化学工業株式会社
日立金属株式会社

POSCO JAPAN 株式会社株式会社村田製作所
三協立山株式会社 三協マテリアル社
株式会社 IHI

NTN 株式会社
株式会社トヤマ日本電子株式会社
日鉄住金テクノロジー株式会社
新日本電工株式会社
株式会社東海理化電機製作所
三菱マテリアル株式会社
日新技研株式会社
日鐵住金建材株式会社
電源開発株式会社
株式会社豊田中央研究所
神鋼鋼線工業株式会社

西岡淳一
野村政功
羽柴
基
服部和徳
林
耕一
桧村雅人
平井寿敏
平石政伯
平澤愛依
蛭田修平
廣澤正樹
藤田
雅
藤村
浩
藤本裕之
古川
淳
細川勇平
堀井貴司
牧野
浩
松原敏夫
三阪佳孝
水野幸隆
味冨晋三
村田明宏
森田
進
安富義幸
山岡拓也
山口桂一郎
山田まりな
吉井
章
吉田成孝
吉田直樹
吉永英雄
吉村国浩
渡部英治

昭和電線ケーブルシステム株式会社

三木健司
水越悠介

群馬工業高等専門学校

東洋鋼鈑株式会社
株式会社やまびこ
株式会社黒木工業所
臼井国際産業株式会社
日鍛バルブ株式会社
大分県産業科学技術センター
日本金属株式会社
ニダック株式会社
株式会社特殊金属エクセル
新日鉄住金化学株式会社
株式会社本田技術研究所
株式会社日本製鋼所
愛三工業株式会社
古河電池株式会社
トピー工業株式会社
パナソニック株式会社エコソリューションズ社
トヨタ自動車株式会社
徳島県立工業技術センター
高周波熱錬株式会社
日本高周波鋼業株式会社
日本タングステン株式会社
岐阜県工業技術研究所
日本新金属株式会社
一般財団法人ファインセラミックスセンター
三菱製鋼株式会社
東北特殊鋼株式会社
東邦金属株式会社
三菱アルミニウム株式会社
曙ブレーキ工業株式会社
長野計器株式会社
太陽鉱工株式会社
東洋鋼鈑株式会社
株式会社デンソー

株式会社淀川製鋼所

員
早稲田大学
早稲田大学
東京大学
関西大学

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

京都大学

富山大学

富山大学
大阪大学

◇



行
開催日
月
6

事

カ

名称・開催地・掲載号
第74回 レアメタル研究会(東大生産技研)(本号49頁)

レ

ン

主催・担当

ダ

ー 太字本会主催(ホームページ掲載)
問合先締切

レ ア メ タ ル 研 究 TEL 035452
6314
会・宮嵜(東大生 okabelab＠iis.u
tokyo.ac.jp
産技研岡部研)http://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
日本セラミックス TEL 086
2518896
協会 基礎科学部 kiso55＠ecm.okayamau.ac.jp
会・難波(岡山大) http://ecm.okayamau.ac.jp/kiso55/

12～13

第55回 セラミックス基礎科学討論会(岡山)13

第149回塑性加工学講座「熱処理とその周辺技術」 日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp
(東京)

定員
60名




チタンの計算材料科学の現状と展望(関西大)( 研究会 No. 74・号頁)
上田(東北大)1.6

17

第101回シンポジウム「多機能性アルミニウム材料の開発と応用」～素材に息吹を与える多機能化～(早稲田大)軽金属学会

19

表面科学技術研究会2017
高度なモノづくりを支える表面洗浄技術―洗浄とはなに 完璧洗浄を目指して―(京都)20

第36回疲労講座「初めて学ぶ金属疲労」(札幌)20～21

第 22 回電子デバイス界面テクノロジー研究会―
材料・プロセス・デバイス特性の物理―(三島)日本表面科学会関 TEL 075
8231092
西支部他・大田mota＠shimadzu.co.jp
http://www.sssj.org/Kansai/
日本材料学会TEL 0757615321
jimu＠jsms.jp
応 用 物 理 学 会 薄 sawano＠tcu.ac.jp
膜・表面物理分科 http://home.hiroshima-u.ac.jp/oxide/会・澤野(東京都市大)

金属学会シンポジウム「データサイエンスと材料研究開発」(東京)(本号頁)

2123

TEL 0222233685 FAX 0222236312
meeting＠jim.or.jp
第 48 回応力・ひずみ測定と強度評価シンポジウ 日本非破壊検査協 TEL 035609
4015 oka＠jsndi.or.jp
ム(東京)
会・岡
http://www.jsndi.jp
第220回塑性加工技術セミナー「はじめての表面 日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp
分析―表面形状および結晶組織測定の基礎―」(東工大)
日本金属学会23

腐食防食部門委員会第314回例会(大阪)

日本材料学会

金属学会シンポジウム「高温物性値測定技術の最前線とものづくりへのアプローチ」(東工大)(本号頁)

日本金属学会

24～25

Symposium on Surface Science & Nanotechnology ―25th Anniversary of SSSJ Kansai―(京都)
低炭素社会を実現する先端的耐熱材料・軽量材料の開発(シンポジウム)(東京)

26

26～27
26～27

ueda＠material.tohoku.ac.jp
TEL/FAX 0227957295
TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/

TEL 0757615321 jimu＠jsms.jp
http://www.jsms.jp
TEL 0222233685 FAX 0222236312
meeting＠jim.or.jp

日本表面科学会・ TEL 066850
5401
大塚(阪大)
sssn_office＠chem.sci.osakau.ac.jp
科 学 技 術 振 興 機 TEL 033512
3543
構 ・ 環 境 エ ネ ル toshiharu.tominaka＠jst.go.jp
ギー研究開発推進 http://www.jst.go.jp/alca/sympo2017/index.
部・ALCA・冨中 html
第24回超音波による非破壊評価シンポジウム(東 日本非破壊検査協 TEL 035609
4015
京)
会
oka＠jsndi.or.jp
第150回塑性加工学講座「圧延加工の基礎と応用」 日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp
(阪大)

26～27

第45回ガスタービンセミナー(和光)26～27

2016年度技術者継続教育「先進コース」講習会

27

第221回塑性加工技術セミナー「塑性加工屋にわかる材料知識 ―鉄系編―」(阪大)27

第 33 回軽金属セミナー「アルミニウム合金の組織―中級編(時効析出)」(第 4 回)(京都)

軽金属学会

http://www.jilm.or.jp/

27

第 211 回研究会/第 63 回磁気工学専門研究会「医療と磁気の現状と将来展望」(中央大)日本磁気学会TEL 0352810106
http://www.magneticsjp/event/research/
topical_211/28

第22回高専シンポジウム in MIE(鳥羽商船高専)


～.

研究集会「第回プラストンに基づく変形現象研究会～変形機構研究のフロンティア～」(京大)(本号頁)

高専シンポジウム TEL 059925
8402
協議会他
soumukikaku＠tobacmt.ac.jp
http://www.suzukact.ac.jp/
研 究 会 No. 70 ・ TEL 0757535573
大石(京大)
FAX 0757535578
admin＠esism.kyotou.ac.jp

月3

日本ガスタービン gtsj
office＠gtsj.org
学会
http://www.gtsj.org/
日本マリンエンジ TEL 036453
9453 staff＠jime.jp
ニアリング学会
http://www.jime.jp
日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

第 386 回講習会 「これが工具の最前線 ～切削現象解明からの最新工具の使いこなし・革新工具まで～」(東京)

精密工学会

9 ～10

表面科学セミナー 2017 「物質・材料開発の新潮
流―マテリアルズ・インフォマティクスの最前線―」(東京理科大)

日本表面科学会

9 ～10

LMP シンポジウム 2017 レーザ加工技術の 基
礎・応用と最新動向(大阪大)

TEL 0352265191
http://www2.jspe.or.jp/

TEL 0338120266
shomu＠sssj.org
http://www.sssj.org
日本溶接協会・黒 TEL 035823
6324
井kuroi＠jwes.or.jp

定員
80名

1.18

1.10
定員
200名

1.10

定員
60名

1.12

1.19

定員
70名

定員
90名
定員
40名

1.20

定員
60名

1.18

本 会 記 事

開催日

名称・開催地・掲載号

13

2017 年 産業技術総合研究所中部センター 研究
講演会(名古屋)

第回「若手フォーラム」―ポスターセッション
併催(岡山)(本号頁)

17

第 102 回シンポジウム「こんなことまでできるの アルミの表面処理で」～新機能を発現するアルミニウム合金表面処理の最新情報～(工
学院大)

24
24

主催・担当

問合先

締切

産業技術総合研究 TEL 0527367064・7063
所中部センター・ chubukouhouml＠aist.go.jp
吉田・林
http://www.aist.go.jp/chubu/pr/kouenkai20170213.html
中国四国支部・竹 TEL 0862518027
元(岡山大)
FAX 0862518266
takemoto＠mech.okayamau.ac.jp
軽金属学会
TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/

定員
150名

第321回塑性加工シンポジウム「航空機関連産業の現状と市場参入への取組み」(同志社大)日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

理研シンポジウム第 19 回「トライボコーティン
グの現状と将来」(和光)

理化学研究所大森
素形材工学研究室，トライボコー
ティング技術研究
会・金

定員
80名
200名

第 69 回塑性加工技術フォーラム「プレスおよび金型におけるセンシングと IT 技術の可能性」(刈谷)

日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

定員
80名

3

第 42 回組織検査用試料の作り方(組織の現出)講
習会「鉄鋼材料・非鉄金属材料・表面改質処理および異常組織材」(東京)

材料技術教育研究 TEL 047
4317451
会

2.24

6

第222回塑性加工技術セミナー「塑性加工屋にわかる材料知識 ―非鉄系編―」(東京)

日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

9 ～10

第 20 回 磁粉・浸透・目視部門・電磁気応用部
門・漏れ試験部門合同シンポジウム「表面探傷技
術における現場と研究の融合」(岡山)

日本非破壊検査協 TEL 035604015
会・中村
nakamura＠jsndi.or.jp
http://www.jsndi.jp/

定員
80名
参加
2.17

10

第75 回 レアメタル研究会(東大生産技研)(平成28年度最終回)(本号49頁)



日本金属学会春期講演大会における企業説明会(首都大学東京南大沢キャンパス)(本号頁)

14～15

2016 年度量子ビームサイエンスフェスタ(つくば)レ ア メ タ ル 研 究 TEL 035452
6314
会・宮嵜(東大生 okabelab＠iis.u
tokyo.ac.jp
産技研岡部研)http://www.okabe.iis.utokyo.ac.jp/
japanese/rc40_ j.html
日本金属学会TEL 0222233685
secgnl＠jim.or.jp
高エネルギー加速 qbsfestaoffice＠pfiqst.kek.jp
器 研 究 機 構 ， J  http://qbsfesta.kek.jp/2016/
PARC セ ン タ ー
他


～


日本金属学会春期講演大会(首都大学東京南大沢
キャンパス)(八王子)(本号頁)

日本金属学会

第回ランチョンセミナー(首都大学東京南大沢
キャンパス)(八王子)(本号頁)

日本金属学会

第 8 回先端的な電子顕微鏡に関する国際会議(沖縄)

EDGE2017
Organizing Committee
日本希土類学会
(阪大内)

月
2

月
14～19

TEL 0359187613
tribo＠tribocoati.st
https://www.sites.google.com/site/
tribocoating/annualm＠jim.or.jp
TEL 0222233685 FAX 0222236312
http://www.jim.or.jp/convention/2017/
spring
TEL 0222233685

第33回希土類討論会(鳥取)16～17

第 87 回(平成 29 年)マリンエンジニアリング学術講演会(東京海洋大)

19～21

軽金属学会第132回春期大会(名大)26

第 2 回マルチスケール材料力学シンポジウム(第22 回分子動力学シンポジウム・第 10 回マイクロマテリアルシンポジウム)(名城大)31～6.2

第22回計算工学会講演会(さいたま)

日本計算工学会

平成29年度塑性加工春季講演会(岐阜)日本塑性加工学会 http://www.jstp.or.jp

第 51 回 X 線材料強度に関するシンポジウム(神戸)日本材料学会月
27～9.1月
～

TEL 0668797352
kidorui＠chem.eng.osakau.ac.jp
http://www.kidorui.org/

日本マリンエンジ TEL 036453
9453 staff＠jime.jp
ニアリング学会
http://www.jime.jp
軽金属学会
TEL 0335380232
http://www.jilm.or.jp/
日本材料学会
http://www.jsms.jp

TEL 0757615321
jimu＠jsms.jp
TEL 0452638538
meeting＠iumrsicam2017.org
http://www.iumrsicam2017.org/

日本金属学会秋期講演大会(北海道大学)(札幌)

annualm＠jim.or.jp
TEL 0222233685 FAX 0222236312

ま て り あ 第56巻 第 1 号(2017)
Materia Japan

2.10

講演
1.6
参加
2.10

発表
1.20
講演
1.25
予約申込
4.20
講演
2.17

TEL 0338688957 office＠jsces.org
http://www.jsces.org/koenkai/22/

The 15th International Conference on Advanced 日本 MRS
Materials (IUMRSICAM2017)(京大)

日本金属学会

定員
100名

TEL 0354526320
EDGE2017＠nims.go.jp
http://www.nims.go.jp/EDGE2017/

15～16

月
8 ～10
月
27～28

2.8

講演
3.10



開催日

名称・開催地・掲載号

月
11～13
月
5 ～10

20～24

〈訂

正〉

主催・担当

問合先

締切

1st International Conference on Energy and 日本鉄鋼協会
Material Efficiency and CO2 Reduction in the
Steel Industry (EMECR2017)(神戸)

emecr2017＠issjp.com

第18回材料集合組織国際会議 18th Internation- ICOTOM 18 ・ 井
al Conference on Textures of Materials (ICOT- 上(大阪府立大)OM 18) (St George, Utah, USA)
応用物理学会他
Plasma Conference 2017(姫路)

アブストラクトTEL 0722549316
inoue＠mtr.osakafuu.ac.jp
2016.11.15
http://event.registerat.com/site/icotom2017

まてりあ

55巻第11号(2016)516頁

表彰

TEL 0527353185
mnhrmt＠meijou.ac.jp→ 第27回優秀ポスター賞受賞者紹介

この度掲載いたしました下記受賞者の所属名表記につきまして，誤りがございました．
下記の通り，訂正してお詫びいたします．申し訳ございませんでした．
第27回優秀ポスター賞受賞者紹介
36

結晶塑性有限要素法によるステントの疲労解析

東京工業大学(P217)

土方亮二郎君，Briffod Fabien君，白岩隆行君，榎(誤) 東京工業大学

学君

土方亮二郎君，Briffod Fabien君，白岩隆行君，榎学君

土方亮二郎君，Briffod Fabien君，白岩隆行君，榎学君↓(正) 東京大学〈事務局より〉
2017年 1 号より，会報「まてりあ」，金属学会誌，Materials Transactions の配送は，3 誌それぞれ別便による送付となります．何卒ご了承下さいますよう宜しくお願い申し上げます．

2015, 2016年度会報編集委員会
委員
長
副 委 員 長
委
員

御手洗容子
大塚
誠
赤瀬善太郎
梅津理恵
小泉雄一郎
杉浦夏子
滝沢
聡
多根正和
戸高義一
堀内寿晃
村石信二
湯葢邦夫

浅野耕太
大津直史
齊藤敬高
芹澤
愛
竹田
修
田村友幸
中村貴宏
堀部陽一
森戸春彦
吉矢真人

ま て り あ 第巻 第号（） 発行日
発行所



池田賢一
大野直子
佐藤和久
千星
聡
武田雅敏
垂水竜一
長谷川 誠
本間智之
山下良之
和田
武

2017年 1 月 1 日

公益社団法人日本金属学会〒9808544 仙台市青葉区一番町一丁目1432
TEL 0222233685 FAX 0222236312

発
印
発(五十音順，敬称略）

池田大亮
大場洋次郎
佐藤幸生
染川英俊
田中真悟
堤
祐介
畠山賢彦
松尾元彰
山田高広
渡辺博行

石本卓也
大森俊洋
下島康嗣
高橋
淳
田中秀明
寺田大将
藤枝
俊
水本将之
山室佐益

上田恭介
北村一浩
下田一哉
高林宏之
田中康弘
寺西
亮
府山伸行
宮岡裕樹
横田智之

定価(本体,円＋税)送料円
年間機関購読料金,円(税・送料込)
行 人 山村英明
刷 所 小宮山印刷工業株式会社
売 所 丸善雄松堂株式会社〒1050022 東京都港区海岸 1918

本 会 記 事

平成29年 1 月 1 日発行「まてりあ」