Fukutomi Lab
Hiroshi FUKUTOMI
  福富 洋志  Hiroshi FUKUTOMI
職   名:教授
研究組織:大学院工学研究院
       機能の創生部門/固体の機能分野
教育組織:大学院工学府
       機能発現工学専攻/機能・構造材料工学コース
学部組織:工学部生産工学科
担当講義:<大学院>金属組織学特論
       <学  部>材料強度物性学入門,金属組織学T,
       結晶塑性学

       <第二部>
専   門:材料組織学,結晶塑性学
連絡先  :E-mail
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● 研究テーマと概要 ●
 現在の主な課題は、(1)金属・合金の高温変形機構の解明とそれに基づく組織制御法の開発、(2)反応拡散による金属間化合物の製造と結晶配向制御です。(1)ではAl、Cu、Ni等の純金属やTiに対して6〜50at%の割合でAlを含む合金を対象に、動的再結晶とよばれる高温での変形中の再結晶の機構の解明を、機械試験による変形特性の調査、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡による組織観察、X線による集合組織測定、電子線回折による結晶方位測定などの方法で進めています。材料工学の分野でいう「再結晶」は化学で「再結晶」とよばれる現象とは異なり、多数の結晶粒からなる固体が固体のままで別の結晶粒の集合体に変化する現象をさします。この研究では新しい結晶粒がいつ、どのようにして、どのような特徴を持って生まれるのかを明らかにし、それに基づいて材料の特性を向上させる組織制御法を開発することを目指しています。TiとAlの合金では場合によって1300℃以上の高温で特性を調べる必要があり、加熱装置にも特別なものが必要になります。Photo 1は加熱変形装置の一部を示したもので、タングステンメッシュヒータとよばれるヒータと、TZMとよばれる高温強度の高い材料でできた変形治具を見ることができます。
 (2)の研究は、これからの材料と注目されている金属間化合物を製造する新しい方法を開発するためのものです。優れた強度をもっているが故に金属・合金のように、自由自在に成形することが難しい化合物を、純金属の状態で目的の形状に整えておいた上で、反応拡散とよばれる現象を利用して金属間化合物に仕上げる方法です。純金属固体を接合・加熱し最終的には一様な濃度の化合物にするのですが、その際に特性の優れた方向に結晶の向きを揃えることも同時に試みています。固体の状態で異種原子が移動するため、異種原子の移動速度が異なると、穴があいたりします。Photo 2はTiとAlの薄板を重ねた状態で反応させた場合に認められた結果の一例です。出発材のAl薄板の中心部に一列にボイドが認められます。この材料についてはボイドの形成を抑制しながら反応させ、最終的に健全な化合物を作ることに成功しました。
Photo.1:Furnace and rods for high temperature compression tests. The tests can be conducted at temperatures ranging from root temperature to 2000℃ in vacuum. Photo.2:SEM micrograph showing the formation of voids along the central region of aluminum foils heated at 903K for 36ks after the stacking alternately with titanium foils. It was confirmed that the voids were generated at the mid-plane thickness of the starting aluminum foils, suggesting that these voids are formed by Kirkendall effect.

● 主な公表論文 ●
(1) H. Fukutomi, C. Hartig and H. Mecking : Change of Microstructure in a TiAl Intermetallic Compound during High Temperature Deformation, Zeitschrift fur Metallkunde, 81(1990) pp.272-277.
(2) H.Fukutomi, K.Aoki, S.Takagi, M.Nobuki, H.Mecking and T.Kamijo : Formation of Texture during High Temperature Deformation of Ti-50.3mol%Al, Intermetallics, 2(1994) pp.37-42.
(3) H. Fukutomi, A. Nomoto and T. Ohta : Control of Lamellar Arrangement in TiAl Alloys by High Temperature Deformation in α Single Phase and Subsequent Annealing in Two Phase Region, Materials Transactions, JIM, 36(1995) pp.610-614.
(4) 福富洋志, 大須賀義裕, 野本明義 : 集合組織に基づくγ-TiAl金属間化合物における動的再結晶機構の解析, 日本金属学会誌, 59 (1995) pp.1215- 1221.
(5) H.Fukutomi, T.Yamamoto, K.Nonomura and K.Takada: Examination of Dislocation Mechanism on Grain Boundary Sliding in High Angle Grain Boundaries by Stress Change Test, Interface Science, 7 (1999) pp.141-146.
(6) H.Fukutomi, M.Ueno, M.Nakamura, T.Suzuki and S.Kikuchi: Production of TiAl Sheet with Oriented Lamellar Microstructure by Diffusional Reaction of Aluminum and Textured Titanium Foils, Mat.Trans. JIM , 40 (1999) pp.654-658.

The mechanisms of high temperature deformation are investigated by mechanical tests, microstructure observation using optical microscope and SEM, texture measurements by X-ray and orientation measurements by EBSP technique, in order to establish techniques to control the microstructures of metals and alloys by hot working. Based on the understanding of the high temperature deformation mechanisms, various processes consisting of high temperature deformation and heat treatments are examined. It was found that the grain size and the texture can be simultaneously controlled by the hot working, which is conducted under the conditions causing dynamic recrystallization. New processes to produce orientation controlled intermetallic compounds based on the reactive diffusion are also investigated. In general, the ductility of intermetallic compounds is insufficient to produce sheet materials by plastic deformation, which is usually used to control thickness and orientation distribution of crystal grains, although the orientation control is important to use anisotropic materials such as intermetallic compounds. In this process, the products are formed in the pure metal state having an excellent formability. It was found that TiAl intermetallic compounds with oriented lamellar microstructure can be made by this method.

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