UABの画像とシミュレーションにより、3Dプリントされたナノレイヤー高エントロピー合金の高圧相転移に関する知見が得られる

この投稿は warrior bear によって 2024-8-28 22:23 に最後に編集されました。

2024年8月28日、アンタークティックベアは、アラバマ大学バーミンガム校（UAB）の研究者が高解像度イメージングとコンピューターシミュレーション手法を使用して、3Dプリントされたナノレイヤー高エントロピー合金（EHEA）の高圧相転移の調査において新たな進歩を遂げたことを知りました。

関連研究は、「イメージングとシミュレーションの洞察による 3D プリントされたナノラメラ高エントロピー合金の高圧相転移」と題する論文で Scientific Reports に掲載されました。

論文リンク: https://www.nature.com/articles/s41598-024-67422-x
CAMCSE は、極限環境での人間による使用に適した材料を製造するために、高解像度の電子顕微鏡を使用して、積層造形された EHEA Ni40Co20Fe10Cr10Al18W2 における圧力誘起の BCC から FCC への相変態を画像化しました。サンプルは9GPaを超える臨界相転移圧力まで圧縮され、その後回収されて詳細な画像分析が行われました。さらに、BCC から FCC への相転移の潜在的なメカニズムを調査するために、非平衡 MD シミュレーションが実行されました。
図 1 印刷された EHEA の構造と形態: 研磨およびガリウムイオンエッチングされたサンプル表面の後方散乱 SEM 画像 (A)、鮮明なコントラストで 2 つの相を示すサンプルの HAADF STEM 画像 (B)、2 つの相がある領域の拡大明視野 TEM 画像 (C)、領域 1 (D) および領域 2 (E) (パネル C で強調表示) から収集された SAED パターン (それぞれ FCC および FCC + BCC 相の存在を示す)、およびそれぞれ (111) および (110) 方向の FCC/BCC 相界面の高解像度 HAADF STEM 画像 (F)。図 2 ダイヤモンドアンビルセル内の EHEA の X 線回折パターン (a) 常温での BCC 相と FCC 相を示す、(b) FCC 相への完全な転移を示す、(c) 30.6 GPa の最高圧力での FCC 相の安定性を示す、(d) 常圧まで減圧した後の FCC 相の保持を示す。赤い記号は BCC のピークを示し、青い記号は FCC のピークを示します。圧力はルビー蛍光法で測定されます。図3 圧縮されたEHEAサンプルの構造と形態：サンプルの積層領域のBF TEM画像（A）、この領域から取得したSADP（B）、およびSADPから取得したプロファイル（C）。図4 圧縮されたEHEAの構造：2つの相を示すサンプルのHAADF STEM画像（A）、図Aのハイライト領域1（B）と2（C）から取得されたナノ回折パターン（両方の相にFCCが存在することを示す）、および2つのFCC相の界面で撮影された高解像度BF STEM画像（D）。図5 2相モデルにおける相転移進化の原子レベルシミュレーション。 (A) 初期状態、(B) 13 GPa まで圧縮、(D) 130 GPa、(E) 13 GPa まで減圧、(F) 0 GPa まで減圧の原子構造。（C）BCCからFCCへの変態中における初期のBCC相と変態したFCC相間の相対的な配向。 ( G – I ) ( G ) 初期状態、( H ) 130 GPa、( I ) 0 GPa での化学マッピング。図6 圧力が0GPaまで低下した場合のBCC相安定性と変態形態の複雑さがBCCからFCCへの回復に与える影響。 (A～C) は 130 GPa での FCC 形態を示しており、完全な FCC 構造の場合 (B)、双晶の場合 (C) は階層的双晶の場合です。 (D)は圧力を0GPaまで下げた後の構造を示しています。 Fe 0.2 Ni 0.8、FeCuNi、Fe 0.8 Ni 0.2、Fe の 4 つのシステムが研究され、実証されています。 Fe 0.2 Ni 0.8、FeCuNi、Fe 0.8 Ni 0.2、Feの4つの系が研究され、実証されました。
ヨゲシュ・ヴォラ氏は、アラバマ大学物理学科の教授であり、文理学部の研究・イノベーション担当副学部長、極限条件下での付加製造複雑システムセンター (CAMCSE) の主任研究員です。ヴォーラ氏は、発表された論文は、3Dプリントされた高エントロピー合金の高強度と高延性の根本的な構造的理由に焦点を当てていると述べた。「高圧下での結晶構造の変化が、3Dプリント合金の機械的特性に影響を及ぼす可能性があることは注目に値する。この論文の電子顕微鏡研究は、ナノ構造の層状構造が圧力にさらされた後も維持され、個々の層の化学組成が変化しないことを初めて確認した点で重要である」と同氏は述べた。
この研究では、3D プリントされた材料が極度の圧力、温度、高速衝撃、または衝撃圧縮下でどのように動作するかを調査し、航空宇宙や発電所の極度に高い温度、超高速衝撃下の弾力性のある構造、原子炉の高放射線環境で使用する付加製造材料の設計と開発に役立ちます。
ヴォーラ氏は、この CAMCSE の開発は高圧による結晶構造の変化についての理解の進歩を意味するため、非常に興奮していると述べ、協力の重要性を強調しました。「この論文は、極限条件下での超合金の3Dプリントに関する4つの異なる学術機関の総合的な専門知識を表しています」と彼は語った。「科学と工学の分野を超えて協力し、共通の問題を解決することは、CAMCSEにとって注目すべき成果であり、UABの大学院生にトレーニングの機会を提供するものです。」
CAMCSE には、マサチューセッツ大学アマースト校、スタンフォード大学、カリフォルニア大学アーバイン校、タスキーギ大学を含む 4 つの学術パートナーがいます。

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