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[NRIMNews1994-08.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/ddfa077f-1068-4c50-883d-5f309fd28bd9/download)

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石井 利和

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[金材技研ニュース 1994 No.8](https://mdr.nims.go.jp/datasets/8f0a5936-84e5-4b8e-b064-f0dc8eb18950)

## Fulltext

金属技研ニュース　1994　No.8七〇一．ゼEoo一一〇E蜆E0一垣o］一〇〇〇一〇0＝あ○餉oo一］o－E0－ooo］101E0f000蜆o〇一10－〇一蜆○蜆眈Eo．ゼ≧里三…oo…Z－o○蜆］0f←新しい材料研究所の始動／新金属系超電導体YPdBCの同定／溶接継手のクリープ寿命予測新しい材料研究所の始動にあたって所長　新　居　和　嘉　金属材料技術研究所は，昭和5ユ年に筑波分室を開設して以来，目黒地区と筑波地区に分かれて研究業務を実施してまいりましたが，昭和63年に閣議決定された「国の行政機関等の移転について」に基づき，研究機能を筑波地区に結集することとしました。このため，平成3年より移転に必要な新施設等の建設に着工し，咋年水までにすべての建物が完成し，引き渡しを受けることができました。　当研究所は筑波地区への移転を，単なる物理的な移転ではなく，21世紀に向けた最先端の材科研究を行うに、∫・さわしい「新しい研究所の創設」ととらえ取り組んで参りました。　これまで支所があった千現地区については，研究本館と4棟の特殊実験棟を新設し，基礎科学に立脚した材料研究の推進拠点とすることとしております。さらに，千現地区の北約4kmに位置する柴崎地区については，’阯界最大級のマグネットを含む各種磁場研究設備が収容される磁界実験棟およぴ材料に精密励起状態を与えて電子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　罰構造・物性の解析を行う設備や単原・丁操作による材料創製が可能な極高真空発生設備が収容されるビーム実験棟などを新設し，これらの大型実験設備を利川して，これまで以．．トに極1限的な環境を利用した材料研究を内外の研究者と共同で実施することとしております。　昨年度より目黒地区からの桝云作業が本格化し，本年7月には，平成7年度に移転が予定されている材料試験施設の設f茄と関係者を除き，移転を・予定している業務・機能の大部分が筑波地区へ移転することができました。　新しく整備された環境において，これまで培ってきた当研究所の力を更に飛躍・発展させ金属材料技術研究所を最先端の材料研究所とさせることは我々の使命であり，筑波地区において活動を開始するに当たり身の引き締まる思いであります。　これまでご支援を項いた関係各位に厚くお礼を申し上げますとともに，さらなるご理解とご’協力をお願い申し上げる次第であります。千　現　地　区い広，．当…　山奇　　ユ也　　区二新しい金属系超電導体Y－Pd－B－Cの組成と構造EPMA，X線回折，高分解能電顕観察等で同定　1911年に超電■導現象が水銀で発兄されて以来，より高い臨界温度（Tc）をもつ超電導物質の探索が精力的に行われてきた。Nb－Ti（ニオブーチタン）などの合金系やNb．Sn（ニオブースズ）などの金属問化合物系が発見され，ユ972年にはNbヨGe（ニオブーゲルマニウム）で23Kが記録された。その後は金属系で臨界温度の上昇が見られず，1986年にいわゆる酸化物系高温超電導体が発兄されて以来，高臨界温度Tcの物質探索の中心は酸化物系に移つた。　しかし，本年の初めに米国AT＆丁社と東京大学のグルーフ。によ1），Y－Pd－B－C（イットリウムーパラジウムーホウ素一炭素）系物質でTcが23Kの超電導性が見い山され，Nb．Ge以来の金属系の発見として注目を浴びた。ただし，その試料は複数の相から成っておリ，超電導性を担う相の組成と構造は解明されていなかった。そこで当研究所では，この新しい超電導相について粉末X線回折，電子線回折，高分解能電子顕微鏡による格子像の観察，EPMA（X線マイクロアナライザー）による紺成分析，およぴSQUID（量子磁束計）等による超電導特性の測定を行い，その組成ならびに結品構造を同定した。以下にそれを紹介する。　超電導性を示す試科の仕込み組成YPd．B．Cx（x＝O．5）を中心にして種々の組成の試料をAr雰開気中でアーク溶解し，各試料の微細組織と超電導特性を比較した。その結果，写真1が示すような細長い板状の相がx＝O．3～O．5の範囲で兄られたこと，および，SQUIDを用いた磁化測定によってこの組成範囲で強い反磁性のシグナルが襯測されたことから，板状の相が超電導相であると判定した。この相の組成はEPMAによって調べた。ホウ素と炭素は軽元素であることから，それらを正確に定量するのは難しいが，測定した組成を平均してYPd．B．C1．。写真2と推定した。　一方，x＝O．1，O．5，1．Oの三試料の粉末X線回折パターンを注意深く比較，検討して，この相は正方品（格子定数a＝O．38nm，c＝1．08nm）であると結論したが，これは電子線回折からも確められた。また，高分解能電子顕微鏡による格子像の観察から，写真2が示すようなc軸方向の面問隔に対応した点列の像が得られた。この構造は，既に報告されている超電導相R・Ni・B・C（希」二類元素一ニッケルーホウ素一炭素）の正方品構造と類似のものと推測されたが，実際に，その構造を仮定して行なった格子像のシミュレーション結果（図）は写真2の傑とよく対応している。　この四元の金属系超電導体の発兄に続く研究は始まったぱかりであり，更に高い臨界温度をもつ超電導体を求めての今後の探索に期待が持たれる。また，この金属系超電導体は実用材料としての可能性も秘めており，本研究ではその薄膜化等を試みている。　　　　　　　　　　　　　　　　　　＼　　　　　　　　　　　　　　．’々’　　　　　　　．　　　　　　　　　　　　　　　　　1OOμm写真1　YPdヨBヨG、・のミクロ組織。細長い板状の相が超電導相図　R・Ni・B・C型構造を仮定して計算したY－Pd－B－C超電　　導相のシミュレーション格子像2一溶接継手のクリープ寿命予測法を開発“損傷変数”を導入した数値解析法　発電施設や化学プラントの生産効率の向上は，設備の大型化，および，高温で稼働させることによって図られてきた。大型化は溶按組立によって行われ，稼働は金属材料が高温クリープを起こす温度で行われることから，溶按継手のクリープ寿命を高い精度で予測することは高温プラントの安全性を保証するために必要となる。寿命予測のための確実な方法は，実物大の溶接継手についてクリープ破断試験のデータをとることである。しかし，クリープ試験機の容量の制約から、実物大の継手で試験を実施するのは難しい。また，継手から小形の試験片を切り■…■一して試験データを得ても，それが必ずしも実物の安全性の正＝確な評価につながるとは限らない。このような事情から，計缶二機を用いたクリープ寿命予測の必要性が高まリ，その予測法の確立が待たれている。　現在，当研究所で開発を進めている寿命予測システムの構成は次の3項から成っている。（ユ）継手を構成する母材，その熱影響部，および溶接金属　のクリープ・破断に関するデータベース。（2）各構成部の力学的振舞いを表すのに適した「構成方程　式」をデータベースから白動的に選択・決定するエキ　スパートシステム。（3）有限要素法による応力解析と損傷評価のプログラム。また，本システムの特微として，損傷の度合を示すための「損傷変数」なるパラメータを用いている。　寿命予測の刊順は，時間を細かく区切って継手各部の応力解析を行い，その応力下での損傷変数を求めて積算して行く。その積剃山数は数万に及ぶ。積算値が所定の限界値に達した部位は破断したと判定し，破断部位が拡がって継手全体として荷重に耐えられなくなった時点をもって寿命と判定する。　木システムの適刷列を挙げよう。写真はSUS304ステンレス鋼の突含せ継手から切り出した試験片を示している。その応力解析には，図1のように試験片を「溶按金属」等の4つの領域に分け，それぞれをさらに細分した各部分について応力の計算を行う。そのようにして得られた予測寿命と実際のクリープ破断試験による寿命との比較を図2に示した。　一般にクり一プ寿命の予測は難しく，その精度は小形の材質一様な試験片の場合でもファクター2，すなわち，予測寿命と実際の寿命の比が1／2から2の範囲にあることをもって良しとしなければならないが，木システムを用いることにより，材質の異なる母材，熱影響部，溶接金属から成る大形肉厚の継手試験片でもファクター2以内の精度で寿命予測できる。　木研究では弓1続き一層の予測精度向上を目指して，データベースの拡充，構成方程式の改良・精密化，解析手法の高度化を進めて行く方針である。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　試験片の　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　グリップ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　↓　　　　　　　　　　　・叫　材　　　　　ユ　’↓　　　　↓図1　継手試験片の有限要素モデル　I0　　　　　　　　20　　　　　　　　30　　　　　　　　40写真　SUS304ステンレス鋼の溶接継手50　111n1εくE昧Q墾200001OOOO500020001OOO500　　　　　」一カ／　　　　／／／　　／　ノ／　／　・　／／、」■　　　　ノ　　　　／7！／　　／∴。、／　　∴千、フアクター、・」一乃／　　　■　　　　　　　　500　　1000　　2000　　5000　ユOOO020000　　　　　　　　　　　　予濃1」した寿命（h）図2　予測した継手試験片のクリープ寿命と実際のそれ（白　　　メL）との上ヒ率交一3一9月の研究発表（国内分）学・’脇金名日本応用磁気学会学術講演会（仙台・束北学院大学）第5咽応用物理学会学術講演会（名1ヰ漏・名城大学）1粥催期閉9．ユ2～9．ユ59．19一一9．22発　　　炎　　　趣　　　1．1玉．電子線リソグラフィーによる磁性材料の趨微細1玉．融液からの棚｛1三成におけるBaB・○1とるつぽ2．Si湖1葵．1二に成長したNiシリサイドの施寸搬微　鏡概察発表省（所鰯）ll1谷　　功（機能）木村　秀火（機能）他l1lllll1葵代刊計狽1j）他冷短信傘⑧受　費　科学技術庁長官業績表彰（平成6年5」l191］受貨）　縦織飾■1御捌＝究榔佐藤彰　　金属の製錬及び凝1i雪1プロセシングに閥する研究にお　いて，積エネルギー，衡力及ぴ積資淑を達成する新披　術の開発に取り忍、工み，衡エネルギー化，箭力化及ぴ省　資源化に貫南尺した。環境性能研究部笠原章　機能性材料分野において複含1葦淋篭解質の合成披術を確立し，硫黄酸化物洲センサーの1捌発を行い，機能性材料・製造披術の発展に買献した。⑧人事異動　平成6年6jヨ241ヨ　昇　任　　　　和囲　仁（強磁場ステー　　　　　　ション大型磁場ユニットり一ダー）　配概換　企直弼室総括研究企葭1附　石井　利穐（僚理甦拘伽界亙洲御1i珊究部小口信行　半導体レーザ刷オ1料の研究において，新素材の探索含成，ミクロ構樹111」御に閥する研究に双り組み，1善洲三能レーザ舳オ料の1捌発劇1製に買献した。強磁場ステーション　青木　晴善　精密マグネットシステムの1粥発と電子物性への応州に闘する研究において，’炊界有数の一1炎能を荷する精密マグネットシステムの閉発に成功すると共に，多くの策要な成果をあげた。平成6年71ヨlli配澄換　　　　　　本間職　木下溝（瞭子力安余崎放射線傘組織命　平成6年6肥41＝i付で管理1螂11『の組織蜘1三が行われ企閥室が新設された。　　これにより，出例＝究所の組織は以下のとおりとなる。所 長　新　居　和　　科学研究官嘉小　口　　　醇企画室（新設）管　理　部　庶　　務　　課　会　　計　　課　技　　術　　課　材料試験業務課基礎物牲研究部機能物性研究部材料設計研究部反応制御研究部組織制御概究部計測解析研究部損傷機構研究部環境牲能研究部支所長 岡　困　雅　年　管　理　課　学特性研究部　面界薗制御研究部　1研究グループ　2研究グループ　磁場ステーション第3研究グループ第4研究グループ第ヨ研究グループ特　別　研　究　官筒河鈴戸自前本部木叶石田利義洋蕎行邦夫正樹弘中　村　森　彦吉　原　一　紘新　谷　紀　雄大河内　春　乃発行所科学技術庁金属材料技術研究所（本　所）〒153束水都蛸、枢1・1・11二1撚2－3－12　　　　　’rEL（03）3719－227I，FAX（03）3792－3337（筑波支所）　予305茨城熈つくぱ11∫」千現1－2－1　　　　　TEL（C298）53－lOOOげイヤルインL　FAX（0298）53－1O05j腫巻　琢；428」…｝繍淡兼紺†人洲含せ先1三1」　三1111　所二’ド波6年81＝ヨ発ぞテ朽　づト　利　利伽　1，ll1三1」堀1」株式金キ・l1東京捌噺制え’來一i、椰≡町玉一9一4一