電気抵抗率測定を用いた微細組織の動的挙動観察手法の構築

开发一种使用电阻率测量观察微结构动态行为的方法

• 批准号: 22K04676
• 负责人: 高田 健
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Daido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04676/
• 关键词: 転位; 電気抵抗率; 動的挙動; 金属組織; 引張変形; 電気抵抗率変化; 転位セル; ボイド

本研究の目的は金属中の微細組織（転位セルとボイド）の形成から発達までの動的挙動を把握する手法を構築することである。手段として電気抵抗率と引張特性の同時計測手法を用いる。まず、引張変形中の電気抵抗率の振動挙動を解析して定量値を得る。次に、金属内部での引張変形中の微細組織変化を観察し、機械学習により微細組織画像解析により微細組織の定量値化を行う。これら両定量値の対応関係を構築することで、変形中の電気抵抗率変化から変形中の微細組織の形成と発達を予測する手法を構築する。本年度、純アルミニウムの引張変形下での電気抵抗率振動を計測し、フーリエ変換による解析を実施した。その結果、外部からの電気ノイズを除去することで材料起因の振動を抽出し、引張変形起因の電気抵抗率振動数の特定ができた。さらに、この振動は特定ひずみ域のみに発生し、そのひずみ域と引張特性との対応関係も得られた。転位セル画像の定量値化では購入した機械学習ソフトを用いた解析を実施した。純アルミニウムの引張変形中断材の転位セル画像を取得し、同ソフトによる解析を実施した。転位セルの密度とサイズの定量値化を行い、以下の傾向が判明した。(1)ひずみの増加に従い電気抵抗率振動数は低下する。(2)振動数の低下は転位セルサイズの増大と対応する。すなわち、形成される転位セルのサイズと振動数との間に対応関係があることが見出された。一方、転位セル画像から、ひずみ増大にしたがうセル壁厚さが増大する新たな現象が観察された。さらなる機械学習解析により、これらセル壁厚さの定量値化にも成功し、現在、その値に対応する電気抵抗率振動の特性値の調査を進めている。直近、金属組織観察用のプログラム自動研磨機を購入した。同研磨機を所有する北海道大学の研究分担者と同じ試料を再現性高く作製できるようになり、観察の研究分担と観察視野数増が可能となった。

本研究的目的是开发一种方法来了解金属中微观结构（位错单元和空隙）从形成到发展的动态行为。作为方法，使用同时测量电阻率和拉伸特性的方法。首先，分析拉伸变形过程中电阻率的振动行为以获得定量值。接下来，观察金属内部拉伸变形期间微观结构的变化，并通过使用机器学习的微观结构图像分析来量化微观结构。通过建立这些定量值之间的对应关系，我们将开发一种方法，根据变形过程中电阻率的变化来预测变形过程中微观结构的形成和发展。今年，我们测量了纯铝在拉伸变形下的电阻率振荡，并使用傅里叶变换进行了分析。因此，通过消除外部电噪声，我们能够提取材料引起的振动并识别拉伸变形引起的电阻率频率。此外，该振动仅发生在特定的应变范围内，并且还获得了该应变范围与拉伸特性之间的对应关系。为了量化位错细胞图像，我们使用购买的机器学习软件进行了分析。使用相同的软件获得并分析了拉伸变形中悬浮的纯铝的位错细胞图像。我们量化了位错细胞的密度和大小，发现了以下趋势。 (1)电阻率频率随着应变的增加而降低。 (2)频率的降低对应于位错单元尺寸的增加。即，已发现所形成的位错单元的尺寸和频率之间存在对应关系。另一方面，从位错细胞图像中观察到一个新现象：细胞壁厚度随着应变的增加而增加。通过进一步的机器学习分析，我们成功地量化了这些细胞壁厚度，目前我们正在研究与这些值相对应的电阻率振荡的特征值。最近购买了一台程控自动抛光机，用于金相观察。可以与拥有抛光机的北海道大学研究人员以高再现性生产相同的样品，从而可以共享研究并增加观察领域的数量。