Design of high-entropy casting alloys via elucidation of diverse solidification processes caused by the large degree of freedom

通过阐明大自由度引起的不同凝固过程的高熵铸造合金设计

• 批准号: 22K14522
• 负责人: 勝部 涼司
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14522/
• 关键词: ハイエントロピー合金; 鋳造材料; その場観察; 能動学習; 状態図; ハイエントロピー合金; 鋳造材料; その場観察; 能動学習; 状態図

ハイエントロピー合金(HEA)のような多元系状態図の中央付近の組成の材料の設計には，組織観察と状態図へのプロットで構成される従来の合金設計の手法の適用が難しい．本研究の目的は，機械学習の一種である能動学習の手法を取り入れ，さらに放射光を用いたその場観察・分析方法を組み合わせることで，合金材料の設計スキームを再構築することである．本年度はCr-Mn-Fe-Co-Ni系について，能動学習の入力データを構築すべく数10種類の組成を有する合金を作製し，全てに対して示差走査熱分析(DSC)を行った．さらに，DSC測定で複数の吸/放熱が観測された組成については放射光を用いた凝固過程のその場X線回折(XRD)測定を行うことで，凝固過程に現れる相を同定した．これらの結果を入力データとし，能動学習手法であるuncertainty samplingを利用することで初晶として面心立方構造(FCC)，体心立方構造(BCC)のどちらが晶出するかを表すphase mapを作成した．また，FCCを初晶とする合金では溶質濃度に依存してデンドライトの優先成長方位が[100]から[110]に変化する場合があることが知られている．本研究で作製した種々の組成を有するFCCを初晶とするCr-Mn-Fe-Co-Ni合金の優先成長方位を時間分解X線トモグラフィとXRDの同時計測によって決定したところ，いずれも[100]方向に成長することが分かった．この結果から，この合金系では多元化によって物性に及ぼす特定元素の影響が相殺していることが示唆される．

很难应用传统的合金设计技术，这些技术由状态图上的结构观测和图组成，以在多个系统相图的中心（例如高凝集合金（HEA））的中心附近设计具有组成的材料。这项研究的目的是通过合并一种主动学习方法，一种机器学习，并使用同步辐射将其与原位观察和分析方法结合起来，重建合金材料的设计方案。今年，为了构建CR-MN-FE-CO-NI系统的主动学习输入数据，准备了具有多种组合物的合金，并对所有这些合金进行了差异扫描热分析（DSC）。此外，对于在DSC测量中观察到多次吸收/耗散的组合物，通过使用同步加速器辐射通过原位X射线衍射（XRD）测量来鉴定出在凝固过程中出现的相。使用这些结果作为输入数据，我们创建了一个相位图，该相位图显示了以面部为中心的立方结构（FCC）或以身体为中心的立方结构（BCC）通过使用不确定性采样（一种主动学习方法）来结晶为主要晶体。还众所周知，在具有FCC作为原代晶体的合金中，树突的优先生长取向可能会从[100]变为[110]，具体取决于溶质浓度。 CR-MN-FE-CO-NI合金的优先生长取向将FCC与各种组成作为原代晶体，由时间分辨的X射线层析成像和XRD的同时测量确定，并且发现它们都在[100]方向上生长。这些结果表明，在该合金系统中，特定元素对物理特性的影响被乘法所抵消。