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[NRIMNews1989-09.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/f2e8b3db-9a07-4306-ab14-22254a5c3a94/download)

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漆原 英二

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[金材技研ニュース 1989 No.9](https://mdr.nims.go.jp/datasets/c210719d-a7d7-4799-8abf-635ff9cd9195)

## Fulltext

金属技研ニュース　1989　No.9i〇一、ゼEoo一一〇［蜆⊂○箏○コーooo－o〕0＝あo㎝oo．］o－Eo－ooo］10’0E0f000眈o〇一10－〇一眈○眈餉Eo．但≧里三…ω…Z－o○餉］o〕f←‘11989すぺり面を原子レペルで見る■溶接迦手の新疲労試験法／プラズマが炉壁に当たると■レーザ光を材料に当てると■Ti合金の分析法破面の観察を原子レベノレで新手法で破壊機構の解明に挑戦　真空，空気，水，液体ヘリウムなどの絶縁体の薄い層を間にはさんだ2つの導体の問に電圧を加えると，絶縁体を飛び越えて電気が流れる。これをトンネル電流という。この原理を利用した最新の装置が，走査型トンネル顕微鏡（STM）である。試料を一方の導体とし，他方の導体とした鋭い探針を試料表面から100万分の1㎜（約4原子の並び）ほど浮かせる。この探針と試料との問に十数mV程度の極く低い一定の電圧を加え，トンネル電流が一定に保たれるように探針を上下させながら縦横に走査すると，その上下位置の変動は，試料表面の原子レベルの凹凸に正確に対応している。　金属の破壊機構の解明に取組んでいる当研究所は，金属の破壊の過程で生じる試料表面の非常に細かい凹凸を観察する手法として，この走査型トンネル顕微鏡が有望であることを明らかにした。図は，クロムの脆性破面を走査型トンネル顕微鏡で調べて，画像処理により烏圓敢図として示したものである。X方向とY方向の走査距離は約500個のクロム原子の並びに相当しており，通常の走査型電子顕微鏡を用いた場合に比べて，ほぽ2桁も高い倍率で観察できる。この図から，脆性破面にはクロム原子約100個の並びに相当する段差が生じていることがわかる。グラファイトやシリコンなどでは更に高い＾71昌N　0倍率で原子レベルの凹凸を観察できるが，表面が汚れやすいクロム，鉄，アルミニウム，チタンなどの実用金属でも，転位の動きに対応する破面の凹凸をこのようにはっきり捉えており，破壊の本質に迫る有力な手段として走査型トンネル顕微鏡を利用できることが確認された。　一方，探針を固定し，加える電圧とトンネル電流の関係を調べると，試料表面の物質の分析も可能である。破壊の過程で新しく露出し・たすべり面は，周囲の空気や水と反応して直ちに酸化する。この現象’も金属の破壊にお’いては重要であるので，走査型トンネル顕微鏡で試料表面の分析を行うことも検討している。これらの新手法によつ，破壊機構解明の研究が進展することが期待される。べO　　　X（11㎜）　　　126ミ　クロムの脆性破面（1nmは100万分の1mm）㌻残留応力の作用を織込んだ疲労試験法を開発溶接構造物の設計思想を忠実に反映　橋梁や鉄塔などの大型の構造物は，鋼材を溶接して製作される。これらの構造物は使用中に変動する荷重を繰返し受けるので，溶接部に疲労き裂が発生し，このき裂が次第に大きくなって破壊事故に至ることがある。そこで，破壊薯故を未然に防ぐためには，溶接継手の疲労特性を正しく把握して構造物の設計を行わなければならない。　溶接継手の疲労特性の測定に従来から使われている試験法では，図1の（a）で示したように，最小値がゼロで最大値をいろいろ変えた繰返し荷重を試験片に加えて，破断までの繰返し数を調べている。この試験には通常帽50㎜程度の小型試験片が使われるが，このような小型の試験片では溶接による残留応力はほぽ解放されているので，測定中の試験片には残留応力も負荷応力もない応カゼロの状態が繰返し現れる。ところが，実際に構造物として組立てられた溶接継手にはほとんどの場合材料の降伏強度程度の引張残留応力が存在しているので，降伏強度に等しい残留応力が存在するという前提に立って溶接構造物を設計する必要がある。このため，従来の試駿方式で求めた疲労特性（図2の破線）に残留応力の作用を考慮した補正を加えた曲線（図2の鎖線）を計算で求めて，これを溶接構造物の設計に使用していた。　このような計算で残留応力の作用を補正する従来の方式に代って，当研究所は残留応力の作用を織込んだ新しい疲労試験法を考案した。この新しい試験法では，図1の（b）で示したように最大試験荷重を材料の峰伏強度に保ち，鍛小荷重を変えて疲労特性を調べるので，溶接の残留応力が存在しない小型言式験片でも，応カゼロの状態が硯れることがない。小型試験片を使用し，この新しい言式験法で1員1j定した緒果は図2の口印であるが，実際の溶接構造物に近い残留応力が存花するスりツト溶接付大型試験片を用いて従来の方式で測定した結果（図2の実線）とよく一致している。　図2からわかるように，残留応力の作用を計算で補正した醐線は，残留応力がある場含の実際の疲労特性よりもかなり下にある。この蘭線を使って溶接構造物の設計を行っても安全面からは間題はないが，製造コストの上昇などを招く。一方，新材料の開発や溶接法の改善などによる疲労強度の向上を正しく評慨することも重要である。こうした意味から，計算による不正確な補正や試験の実施が圓11難な大禦試験片を必要とする従来の方式に代って，小禦試験片を使用して残留応力の作用を織込んだ疲労特性を随接正確に測定できる疲労試験法を開発した意義は大きい。σ■暢岸鑑寝　　　　i時閥　　　　　　　瞬1習1　　（a）従来の方武　　　　　　　（b）当研究所の方武　　　（最小荷璽＝0）　　　（最大椅璽皿1；爺伏強度）図1　言容芋妾継季の疲労書式1験における荷璽負荷方武　200｛凄て100、圏贈只50控　　20　　工O’　　　10呈　　　　1θ拮　　　　玉07　　　　　　　破胸…までの繰返し数図2　溶被継手の疲労強度特惚襖11定縞果・の比較　　（8虜’1は残留応プ〕のf乍綱を織込んだ当請暦究所の方式）スポヅトニュース高温粒子による複合材料溶融のシミュレーション　トカマク型の核融含炉では，超高温のプラズマをドーナッツ形に闘込める。この閉込めが何らかの理由で不具含になると大量のプラズマが炉壁に衝突し，材料の溶融等の損傷が生じる。当研究所では，コンピニ・一タを使ってこの際の材料挙動を調べている。　一例として，鋼の上にタングステンを張合わせた複含材を1瞬間的に加熱したときの，溶融の深さを示す。表面のタングステン層を薄くすると下地の鋼層の溶融が起こるが，タングステン層の溶融深さは逆に浅くなる。この例のように，実験で確認するのが困難な詳細で広範囲なパラメータのサーベイが，コンピュータ・シミュレーションによってはじめて可能になった。（1富畠舳艶G譲裟　タングステン／鰍裏含材　　　　　丁．o＝572K　　　　　lO㎜s　　　　　1艮J／c㎜！／鋼鰯タングステン層　　し＿＿＿＿一＿　珊■I　　　　1o皿　　　　　王oI　　　タングステン臓の康さ（mm）パルス状熱負椥二よる溶融の深さレーザ照射で発生する超音波のシミュレーション　趨音波は，材料内部の欠陥を調べる有力な手段であるが，商漁や強い放射能などで超音波探触子を材料に接触させるのが困難な場含がある。その場含の対策として，当研究所はレーザ光を利用して非接触的に超音波を発生・検出する方法を研究している。その趨音波発生法は，パルスのレーザ光を照射して材料の表繭を急加熱するという技術的には単純なものであるが，これを材料評個に使用するには，発生する趨音波の波形やその伝わ＾）方を詳しく知る必要がある。　そこで，当研究所ではレーザ光で発生する趨音波の様子を，コンピュータ・シミュレーションにより調べている。この計算では，弾性波伝ぱ方程式にレーサ伽熱による熱応力や表面の蒸発圧力の効果を組含せておつ，実験で得られる趨音波の波形を良好に再現するのみでなく，固体中の縦波，横波，および表面波の様子など，材料欠陥の非接触評個法としての確立に必要な趨曹波発生の条件を容易に知ることができる。　引続き，実際の現象を再現する能力のいっそうの向上や表面構造が複雑な材料への適用に肉けての改良を進めている。　　　チタン合金の分析、少量の　　　切削片でも可能に　新含金の開発過程では，しばしば少量の粉体や切削片などを分析する必要がある。しかも，その成分や含有最が大1隔に変化している場含が多い。チタン含金の粥発を進めている当研究所では，こうした事態に備えて正確で迅速なチタン合金の蛍光X線分析法を確立した。　粉体や切削片を蛍光X線で分析する場含には，言式料を酸亡溶解した後融解剤と一緒に溶融してガラスビードと称するボタン状のガラスにする。チタン合金の場含には試料中の含金成分を損炎なく含む均一なガラスビードを作るのが困難であったが，ホウ酸ナトリウムに少量の酸化ゲルマニウムを加えた融解剤を使用することなどにより，この間題を解決した。　更に，測定で得られたデータはファンダメンタルノ｛ラメータ法（基本白勺な物理定数等から補正値を理論自勺に計算する方法）のソフトを用いてパソコンで処理するようにした。その結果，合金の級成が大幅に変化していても，1個だけの標準試料を用意するだけで，250mg程度の少量の試料申の含金成分（Al，V　Cr，Fe，Zn，Mo，Sn）を精度よく容易に分析できるようになった。平成元年度金属材料技術研究所研究発表会の御案内　金属材料技術研究所では，研究活動をより広く御理解していただくために，毎年研究発表会を開催しております。本年度は，「未来技術を支える新構造材料jを主趣として，新しい税一点より研究しております各種の璽要な構造材料に関する研究成果を，下記の題目について発表いたします。皆様方の御来聴をいただきたく，御案内申し上げます。（聴講自由）日時：平成元年ヱユ月9日（木）　工3：ヱト17：00会場：金属材料技術研究所　大会議室　東京都目黒区中目黒2－3－12電話03－7工9－2271㈹　　（㌶竺㌣言㌶鳩簑統r目鴛簑鴬㍍左㌫線恵比寿駅下車徒歩15分）　　　　　　　　　　　　　　　勢　プ　P　グ　ラ　ム　勢I3：15～13：25あいさつ　　　　　　　所長新居和嘉　　　　　　　　　　　　　＝未来技術を支える新構造材料＝ユ312トエ5130　（座長損傷機構研究部長酉　島　　　敏）1　高比強塵強靱材料の現状と展望　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　力学特性研究部長　河　部　義　邦　航空・宇宙や海洋開発など先端科学技術の分野では，軽くて強い，すなわち比強度の商い構造材料が要望されている。高比強度強靱材料の諾性質や特徴を概観し，近年最も重要視されているチタン合金について，各種材料中における位置付けを明確にする。　チタン含金の力学特性は組織によって大きく異なる特徴があリ，一方，組織はプロセス依存度が大　きい。そのため，特性と諾困子との関係は，一見梢反する結果が得られている。本報告ほ，これらの結果を整理し，組織制御の槻点から強靱性向上の可能性．と限界について展望する。2　極低温における材料の変形と破壌一クライ才メカニックスの基盤技荷一　　　　　　　　　　　　　　　　鶴1研究グループ第6サブグループリーダー　石　川　圭　介　　超電導技術を確かなものにするためには，液体ヘリウム概度において，信煩して使用できる構造材料が必要になる。液体ヘリウム温度域は絶対零度に近く本質的な材料特性が顕箸になる。極低槻機器の用途は多様であり，従来闘題視されない材料特性も用途によっては璽要な聞題になる。さらに，統一した材料評価法も確立していない。　本報告では，材料の機械的性質の中心的課題である，変形と破壊の研究成果を紹介し，極低淑技術の基幹分野の一つであるクライオメカニックスにおける新材料の開発を展望するとともに，今後の課題についても述べる。3　表面析出現象を利用した新構造材料の開発　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表面界面制御研究都第1研究室長吉原一紘　近年，金属材料の使用環境は，ますます過酩なものになっており，使用環境に真っ先にさらされ　る表面を自由に制御し，望ましいものに改質することは，今後，新しい構造材料を開発する上に不可欠なことである。当研究所では，ある処理をした含金を真空中で加熱すると，含金表面に炭化物や窒化物が析出することを見いだしている。　ここでは，このような表面析出硯象の基本的原理を解説するとともに，この現象を利用した新構造材料の開発状況について述べる。15　：30～工5：4015　：40～工7：00休　憩（座長　第2研究グループ総含研究官　白　石　春　樹）4　化合物材料の力学特性　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　力学特性研究部第3研究室長中村森彦　　化合物材料には金属同士を構成元素とする金属性金属間化含物から，金属元素と非金属元素から成る金属化含物まで数多くの種類があ1），高硬度や高温強度が期待できるものも多い。これらのうちから当研究所で研究されているアルミニウム化含物，シリコン化含物の弾性特性，強度，変形など構造材料としての基本的力学特性，および高硬度で脆性な化含物である炭化ケイ素、窒化ケイ素焼結体における疲労破壊挙動について報告する。5　低放射化構造材料　　　　　　　　　　　　　　　　　第2研究グループ第3サブグループリーダー　野　囲　哲　二　　原子力用の構造材料は，照射、高温，腐食等厳しい環境に耐えることが要求される。さらに，核融含炉のような高エネルギー申性子貝貧射環境では，はじき出し損傷に加えて核変換による放射化の低　い材料の開発が望まれている。　　本報告では，低放射化材料の設討とそれに基づいて作製された鉄系含金，より低放射化が期待されるSiC系複含材料の闘発研究の状況を紹介する。10月の研究発表（国内分）学・協会名 關催期闇 発　　表　　題　　農 発表者（所属）艮本分析化学会 王0．3～10．5 王．溶液試料を用いたグロー放電質量分析 斎藤守正（訓貝1」）（仙台1富城教畜大） 2、水繁化物発生ICP－AESによるMo印の水素化 鯨井　崎（計測）ほか物生成元素の定量3．斜入射蛍光X線分析法による表面近傍の化学 桜井継次（討測）ほか状態分析目本物鰻学会 lO．3～1O，6 I、趨伝導アモルファスCr－BN膜の磁性と電気 宵木晴善（物性）ほか（鹿兇脇：鹿兇蝪大） 伝導I茎2．化合物半導体中での原子空孔による椿子緩和 小口多葵夫（物僅）ほか3．ZnSe：L…の原子酉己艦 佐々木泰造（物性）ほか4，M。一xCe．CuO。単緒晶の物性 字治進也（物姓）ほか5，La2CaCu206系の電子状態 下臼］正彦（物性）ほか6．酸化物趨伝導体Ba・Cu・O汕一呂〕の圧力効果 山田　裕（物性）ほか7．YBa（Cul一。Fe。）茗O。のメスバウワー分光と磁 古林孝夫（機能）ほか化淑淀8．垂炎コロイド趨微粒子のメスバウワー一効果至I 古林孝夫（機能）ほか9．Tb－Fe垂直磁化膜の磁化の緩和現象…ll 上原　満（表面）至0．高漁超伝導体におけるフラックスの侵入遼度 上原　満（表爾）長時閲緩和表蘭技術協会 10．5～｝O．7 1．TiA1金属閥化合物の商潴、酸化挙動と耐酸化性 武排　厚（第3）ほか学・協会名 開催期聞 発　　表　　題　　輿 発表者（所属）（字部：山口大） 表面処理圓本鋳物協会 10．6～10．9 1．遼心鋳造した過共晶Al－Si合金の級織と特性 生井亨（組織）ほか（札幌：北海道大）繭像解析による材料評棚 ヱO．13部会殺告会シンポジウム1．粒界顧像の中の欠陥の自動修復 武内月月之（第5）／東京：薪丸ビル）圓本機械挙会 10．玉壬～10．15 1．クり一プき裂伝播速度に及ぼす試験片寸法効 田淵正明（環境）ほか（神戸：神戸大） 果の大型CT試験片による笑験的検討2．高温疲労き裂伝ぱ特惟に及ぽす荷重波形の影 竹内悦男（環境）ほか響E1本塑性加工学会 10．16～1θ．18 1．Ti－A1金属間化含物の材料特性と加エプロセ 信木稔（第3）（愛媛：新屠浜高専） スX線分析討論会 玉0．18～10．20 1．X線分光分析法による酸化膜の組成と厚さの 大野勝美（設計）ほか（東京：明治大） 同踏分析〔特許出願速報〕出願日1．5．25出願番号01一旦30038発　明　の　名　称趨電導材料の製造方法（新冒本製鐡㈱との共同出願）出願日1．5．25出願番号01－130039発　明　の　名　称趨電導材料の製造方法（新日本製鐵㈱との共同出願）◆短信◆●人蓼異動　平成元年7月3工日　辞職松田秀勝（会計諜長）●海外出張平成元年8月1日配置換　会計課長　秋山　武久（国立防災科　　　　　学技術センター管理部会計課長）氏　　名 所　　　属 期　　間 行　　先 用　　　　　務池囲　雄二 表面界繭制御研究部 I．5．20～1．6．1 　一フフンス 第2回高潟、腐食国際シンポジウム黒沢勝登志 環境性能研究部 1．5．22～1，6．21 タイ タイ大気腐食（有機被覆）研究プロジェクトの莱圃研究永井秀雄 環境性能研究部 1，6．19～3．6．18 タイ 日・アセアン科学技術協力（派遣）大塚　秀幸 機能特性研究部 1，7．｝～1．7．13 オーストラりア マルテンサイト変態に関する国際研究集会伊藤姦久勇 第1研究グループ 1．7．22～1．8．6 アメリカ 極低濫材料團際会議前蘭　　弘、 第1研究グループ 1．7．23～ユI8，2 アメリカ 極低測：オ料圃際会議緒形　俊夫 第1研究グループ 1．7．23～1．8．5 アメリカ 極低温材料園際会議桜井　憾次 力学特性研究部 1．7．30～1．8．王旦 アメリカ 第38固デンバーX線会議松岡　三邸 環境性能研究部 1．8．1～1．8．30 アメリカ 金属疲労などの破壊メカニズムの解明に関する研究　　　　　　遭巻　第369号発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　　〒153東京都竃黒籔巾目黒2－3－12　　　　TEL　（03〕η9－227呈，FAX　（03）792－3337　　　　　　平成元年9月発行繍集兼発行人　　　漆原英二印　　　帰1」株式会社　三　興　印　刷