ハイエントロピー合金の粒界形態の階層性から探る新しい高温高強度発現メカニズム

从高熵合金晶界形貌层次探索高温高强发展新机制

• 批准号: 22KJ1463
• 负责人: 塩谷 光平
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1463/
• 关键词: ハイエントロピー合金; 粒界偏析; 原子ドラッグ; 粒界移動; 高温変形; 高温高強度

本研究は，ほぼ等量ずつの5種類以上の元素から構成される結晶性の合金であるハイエントロピー合金（HEA）が示す優れた高温高強度特性の発現メカニズムについて，粒界と呼ばれる結晶方位の異なる隣接粒間の界面における原子スケールでの挙動に焦点を当てて探究することを目的とするものである．本年度は，当初から予定していたHEAの粒界形態の解析と，粒界形態と粒界移動抵抗の関係に関する検討を主に行った．前年度に解析対象とした等モル組成のHEAに加えて，粒界に偏析する元素濃度を様々に変えた非等モル組成のHEAも解析の対象とし，偏析元素濃度が粒界の形態と粒界の移動抵抗に与える影響を系統的に調査した．移動中の粒界面を局所領域に分割し，その領域内の構成元素の割合と局所粒界面の位置の計算を通して，粒界面の形状や，形状と構成元素の濃度の関係を検討した．本解析の結果，粒界は平面を保ちながらではなく，数ナノメートルオーダーの周期で面外方向に揺らぎながら移動することがわかった．そして，粒界面の揺らぎの分布と構成元素の分布の間には小さな相関が見られた．すなわち，局所的な粒界面の移動が遅滞し粒界が張り出している位置には，粒界に偏析しやすい元素が多く存在していることがわかった．このことは，粒界偏析が粒界の移動を遅滞させ粒界移動抵抗を上昇させていることを示唆している．またこの結果は，HEAの局所元素組成の揺らぎに起因した粒界の形態変化が粒界移動抵抗の上昇という力学特性の向上に対して関連があることを示す重要な結果である．その一方で，以上で述べた研究成果は，溶質原子を微量だけ含む従来型の希薄系合金でも生じうる現象である．そのため粒界移動現象におけるHEA特有の多成分性の効果について詳細な検討が重要である．よって，本年度の後半からは，従来合金で構築された理論に基づきHEAの多成分性の効果を理解するための検討を開始している．

这项研究旨在探讨高且高且高强度的高强度高强度特性（HEA）的机制，即晶体合金，一种由五个或多个元素组成的晶体合金，大约相等的元素，重点介绍了与不同晶体方向的相邻谷物之间的原子尺度上的行为，称为晶界。今年，我们主要对HEAS的晶界形态进行了分析，而HEAS的晶界形态是我们从一开始就计划的，还研究了晶界形态与晶界迁移抗性之间的关系。除了上一年分析的等摩尔成分HEA外，我们还包括非摩尔组成HEA，在晶界处隔离的元素浓度有各种变化，并系统地研究了分离元件浓度对晶界的影响晶粒边界的影响和晶界的运动抗性。通过计算该区域内的成分元素的比例和局部晶粒界面的位置，检查了移动的晶粒界面分为局部区域，并检查了晶粒界面形状与组成元素浓度之间的关系。该分析表明，晶界在维持平面时不是在移动，而是在几种纳米时期摇晃平面的同时移动。此外，在晶粒界面的波动分布与组成元素的分布之间发现了一个小相关性。换句话说，发现许多容易在晶界处隔离的元素存在于局部晶界放慢且晶界的位置。这表明晶界隔离会减慢晶界的运动，并增加晶界运动的阻力。该结果也是一个重要的结果表明，由于HEA的局部元素组成的波动引起的晶界的形态变化与机械性能的改善有关，例如晶界抗性的增加。另一方面，上述研究结果是即使在只有含微量溶质原子的常规稀释合金中也可能发生的现象。因此，详细研究晶界迁移现象中特异性多组分特性的影响很重要。因此，从今年的下半年开始，我们就开始根据使用常规合金构建的理论来考虑Hea Multicomponents的影响。

项目成果

ハイエントロピー合金におけるき裂進展の原子スケールダイナミクス-分子動力学シミュレーションを用いたアプローチ-

高熵合金中裂纹扩展的原子尺度动力学 - 使用分子动力学模拟的方法 -

• 发表时间: 2022
• 作者: Kohei Shiotani;Tomoaki Niiyama;Tomotsugu Shimokawa;塩谷 光平，新山 友暁，下川 智嗣;新山 友暁，塩谷 光平，下川 智嗣
• 通讯作者: 新山 友暁，塩谷 光平，下川 智嗣

多元系合金で発生する元素偏析が粒界移動現象に及ぼす影響に関する系統的検討

多元合金中元素偏析对晶界迁移现象影响的系统研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Kohei Shiotani;Tomoaki Niiyama;Tomotsugu Shimokawa;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣;下川智嗣，塩谷光平，新山友暁;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣
• 通讯作者: 塩谷光平，新山友暁，下川智嗣

ハイエントロピー合金の粒界におけるエントロピー効果と転位放出現象の関係-粒界偏析が強度に及ぼす影響-

高熵合金晶界熵效应与位错发射现象的关系 - 晶界偏析对强度的影响 -

• 发表时间: 2021
• 作者: Kohei Shiotani;Tomoaki Niiyama;Tomotsugu Shimokawa;塩谷 光平，新山 友暁，下川 智嗣;新山 友暁，塩谷 光平，下川 智嗣;塩谷 光平，新山 友暁，下川 智嗣
• 通讯作者: 塩谷 光平，新山 友暁，下川 智嗣

Influence of Element Composition on Grain Boundary Migration in High-entropy Alloys

元素组成对高熵合金晶界迁移的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Kohei Shiotani;Tomoaki Niiyama;Tomotsugu Shimokawa
• 通讯作者: Tomotsugu Shimokawa

多元系合金における粒界移動抵抗の遷移メカニズムに関する原子論的検討

多元合金晶界迁移阻力转变机制的原子研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Shuhei Yoshida;Nokeun Park;Kohei Shiotani;Yu Bai;Tomoaki Niiyama;Akinobu Shibata;Tomotsugu Shimokawa;Nobuhiro Tsuji;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣;新山友暁，塩谷光平，下川智嗣;塩谷光平，新山友暁，下川智嗣
• 通讯作者: 塩谷光平，新山友暁，下川智嗣