九大ら,SEMで転位運動をその場観察

九州大学,東北大学の研究グループは,電子チャネリングコントラストイメージング(ECCI)法を用いて,走査型電子顕微鏡(SEM)内でmmサイズのバルクサンプルの引張変形を行ない,サンプル表面の任意の場所でnmの空間分解能で転位の運動を直接その場観察することに成功した(ニュースリリース)。

ECCI法とは,電子線の回折によって反射する電子線の量が変化することを利用した,原子レベルでの材料の構造を観察できる手法で,最近,走査型電子顕微鏡での観察手法として注目されている。

金属材料は延性と靭性が高く塑性変形性能に優れた材料であり,自動車など身の回りの多くの乗り物に用いられている。

延性とは材料の塑性変形のしやすさのことで,例えば,金や銅は叩くことで薄く出来るが,これを延性・展性に優れているという。また靭性とは,材料の壊れにくさのことで,例えば,ガラス切りで少しの傷をつけるだけでガラスは容易に割ることが出来るが,これを靭性が低いという。

この変形性能には転位という結晶中の欠陥の運動が重要な働きをしている。このため,より良い性能を生み出すためには,変形中の転位の運動を直接その場で,しかも広範囲に観察できる手法が必要となる。しかし,これまでは色々な制約条件のために透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた狭い観察視野での手法しか実現されていなかった。

今回,研究グループは,ECCI法による広範囲での転位運動のその場観察に成功した。さらに,今回のその場観察研究では負荷荷重の変化にともなうサンプル内の残留応力変化や転位の集団運動にともなうすべり線形成などの観察にも成功した。

この研究成果は,金属の塑性変形機構の理解を通して,金属材料の安全な使い方の提案と将来の新材料開発に貢献するものとしている。

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