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小林 正和(こばやし まさかず)

所属 機械工学系
兼務 教育研究基盤センター
職名 准教授
専門分野 材料組織の解析評価 / X線イメージング
学位 博士(工学) (宇都宮大)
所属学会 日本金属学会 / 軽金属学会 / 日本鋳造工学会 / 日本鉄鋼協会
E-mail m-kobayashi@me
※アドレスの末尾に「.tut.ac.jp」を補完してください
研究室web http://str.me.tut.ac.jp

研究紹介

シンクロトロン放射光やラボスケールの装置を用いた3-Dイメージング技術の開発と,その材料科学・工学への応用を行っている。金属材料のミクロ組織を高分解能で3-D可視化することで,材料の変形,損傷,破壊,疲労過程の各種現象の解明が期待できる。さらに,材料内部のミクロ組織特徴点の追跡により材料内部の力学量(応力,ひずみ,変位,き裂進展駆動力など)を3-D高密度計測する技術を開発している。そして,3-D画像データから画像解析により定量データを抽出し,これまで構築されてきた各種理論,モデル,経験則,数値解析とのリンクを目指している。

テーマ1:高分解能X線CTによる材料微細構造評価

概要
図 AC4CHアルミニウム合金鋳物の結晶粒界とSi粒子分布

近年,高輝度なX線源である放射光を利用したコンピュータ・トモグラフィー(CT)や研究用のCT装置の高分解能化が進み,各種材料の複雑なミクロ組織を三次元的に評価することが可能となりました。本研究では高分解能CTで得られた材料ミクロ組織の構造を効率的に定量評価する手法を研究しています。例えば,ポアなどの製造欠陥や分散・析出粒子の体積率,分布,形態を評価できます。また,X線の屈折コントラストを利用し検出能を向上させる手法や液体金属を結晶粒界へ浸透させることで,結晶粒界の位置を三次元的に特定する手法なども開発しています(図)。

主な業績
◆M. Kobayashi, Y. Dorce, H. Toda, H. Horikawa, Effect of local volume fraction of microporosity on tensile properties in Al-Si-Mg cast alloy, Materials Science and Technology, Vol. 26, No. 8, 962-967, 2010
◆M. Kobayashi, H. Toda, K. Uesugi, T. Ohgaki, T. Kobayashi, Y. Takayama, B.-G. Ahn, Preferential penetration path of gallium into grain boundary in practical aluminium alloy, Philosophical Magazine, 86(28),4351-4366, 2006

キーワード

三次元観察,マイクロトモグラフィー,ミクロ組織,形態,分布

テーマ2:高分解能X線CTを利用した高精度3Dひずみマッピング法の開発

概要
図上.ミクロポアを特徴とした3Dひずみマッピング例                           図下.ノッチ付引張試験片外観と画像分析によって抽出された結晶粒の3Dイメージ

第三世代の高輝度放射光施設SPring-8にて構造材料として用いられている金属材料のX線CT観察を行えば,その内部に数十万~数百万点の粒子やポアを見ることができます。引張や圧縮などの材料試験中,これらミクロ組織特徴点は材料の変形に伴い移動を生ずるので,これをマーカーとみなし追跡し,位置変位を解析することで,材料内部のひずみ分布情報を三次元的に可視化することができます(図上(a)(b));。しかしながら,三次元空間内で,数万点~数十万点のマーカーを誤りなく追跡するのは困難です。本研究では,高精度3Dひずみマッピングを得るための追跡アルゴリズムの開発を行っています。数万点~数十万点のマーカーを正しく追跡できれば,材料のミクロ組織と関連付けられる変形中のひずみ分布を三次元で高精度に評価でき,材料の変形・破壊のメカニズムを知ることができます。また,液体金属を結晶粒界へ浸透させることで結晶粒界の位置を三次元的に特定する手法と組み合わせれば,多結晶材料内部の個々の結晶粒を抽出し(図下),各結晶粒の変形挙動を評価も可能です。従来の顕微鏡法では材料表面の情報しか得ることはできませんでした。非破壊検査であるX線CT法をもちいれば,材料内部で起こる変形破壊を3次元的に捉えることができ,各種材料特性を決める因子を特定できます。表面観察では知りえない真の材料変形・破壊メカニズムが分かれば,より壊れにくい材料の設計が行えるようになります。

主な業績
◆M. Kobayashi, H. Toda, Y. Kawai, T. Ohgaki, K. Uesugi, D.S. Wilkinson, T. Kobayashi, Y. Aoki, M. Nakazawa, “High-density three-dimensional mapping of internal strain by tracking microstructural features”, Acta Materialia, 56(2008), 2167-2181
◆小林正和、戸田裕之、川井祐児、小林俊郎、上杉健太朗、David S. Wilkinson、Eric Maire、青木義満, 高分解能X線CTイメージ解析と特徴点追跡法による三次元ひずみ計測, 日本金属学会誌, 71(2),181-186, 2007

キーワード

三次元評価,ひずみ分布,特徴点追跡法,放射光CT

担当授業科目名(科目コード)

材料工学概論 / プロジェクト研究 / 微分方程式 / 材料信頼性工学 / 機械工学実験 / 材料工学基礎 /

その他(受賞、学会役員等)

受賞等
◆平成15年度(2003) 軽金属学会 論文新人賞
◆平成18年度(2006) 日本金属学会 第53回金属組織写真賞 B部門 佳作賞
◆平成18年度(2006) The International Metallographic Society, 2006 International Metallographic Contest (Class 11: Digital Microscopy), Second Place
◆平成19年度(2007) 日本金属学会 第55回論文賞「若手講演論文部門」
◆平成19年度(2007) 軽金属学会 第25回軽金属奨励賞
◆平成20年度(2008) 軽金属学会 軽金属論文賞
◆平成22年度(2010) 日本鋳造工学会 論文賞
◆平成23年度(2011) 日本金属学会 第59回論文賞
◆平成25年度(2013) 軽金属学会 軽金属論文賞


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