微量元素―原子空孔複合体の形成に基づく合金の新しいクリープ変形抑制メカニズム

基于微量元素-原子空位配合物形成的合金蠕变变形抑制新机制

基本信息

批准号：
13875131
负责人：
森永正彦
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、実用合金学の世界に"原子空孔(Vacancy)"の考え方を導入するための萌芽研究である。純金属では原子空孔が原子拡散に不可欠であることは良く認識されているが、実用合金の世界では原子空孔の役割について、ほとんど論じられていないのが現状である。原子拡散が重要である高温クリープ変形の場合でも、原子空孔及びその平衡濃度が重要であるにもかかわらず、転位と析出物の相互作用のみに議論が集中している。最近の研究から、高クロム・フェライト系耐熱鋼に硼素(B)及び窒素(N)を100-200ppm添加すると、650℃クリープ強度が著しく増加することが分かっている。その理由は不明であるが、ppm程度の微量元素が有効である理由として、ppmオーダーの原子空孔と複合体を作り、それがかなり高温まで安定であるため、有効原子空孔濃度が低下し、クリープ変形抵抗が増加したと考えることが最も妥当であるように思われる。この考え方を実証するため、本研究では、高純度鉄及びFe-100ppmB,Fe-100ppmB-200ppmNのモデル合金を作り、B、Nと原子空孔の複合体の形成とその安定性を陽電子消滅法で調べた。まず、バンデグラフ加速器を用いて、電子線照射(照射量:約8x10^<17>e/cm^2)を行い、空孔量を増やし、陽電子実験の感度を上げた。その後、各合金試料を室温から700℃まで50℃刻みで上げながら、陽電子寿命を測定し空孔の回復過程を調べた。その結果、予想どおり、B、N添加合金は高純度鉄に比べ、空孔の回復が遅れ、複合体が高温(例:B添加合金では約600℃)まで安定に存在しうることが分かった。本研究により、原子空孔を考慮した高温材料の合金設計への道が新しく拓けようとしている。

这项研究是一项探索性研究，旨在将“原子空位”的概念引入实用合金科学领域。尽管人们普遍认识到原子空位对于纯金属中的原子扩散至关重要，但原子空位的作用在实际合金领域几乎没有被讨论过。即使在原子扩散很重要的高温蠕变变形的情况下，讨论也只集中在位错和析出物之间的相互作用，尽管空位及其平衡浓度很重要。最近的研究表明，在高铬铁素体耐热钢中添加100-200 ppm的硼（B）和氮（N）可显着提高其650°C蠕变强度。其原因尚不清楚，但 ppm 量级的微量元素之所以有效，是因为它们与 ppm 量级的原子空位形成络合物，该络合物在相当高的温度下仍保持稳定，从而降低了有效原子空位浓度，认为蠕变变形抗力增加似乎是最合理的。为了证明这一想法，在本研究中，我们创建了高纯铁和 Fe-100ppmB、Fe-100ppmB-200ppmN 的模型合金，并使用正电子研究了 B、N 和空位复合物的形成及其稳定性消灭方法我查了一下。首先，使用范德格拉夫加速器进行电子束照射（剂量：约8x10^<17>e/cm^2）以增加空位量并提高正电子实验的灵敏度。然后，将每个合金样品以 50°C 的增量从室温加热到 700°C，并测量正电子寿命以研究空位恢复过程。正如预期的那样，与高纯铁相比，B 和 N 合金中的空位恢复被延迟，并且复合材料可以在高温下保持稳定（例如，添加 B 的合金约为 600°C）。这项研究为考虑原子空位的高温材料合金设计开辟了一条新途径。