| Project/Area Number |
22K14498
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Xu Sheng 東北大学, 工学研究科, 特任助教 (10907033)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 弾性変形 / 単結晶 / 格子安定性 / 低ヤング率 / マルテンサイト変態 / 超弾性 / 形状記憶合金 / 弾性歪み / 中性子回折 / 格子非調和性 / 極低温 / サイクル熱処理 / 異常粒成長 / 弾性合金 / 水素社会 |
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| Outline of Research at the Start |
水素社会の実現に向けた液体水素の安全安定な輸送・貯蔵のために、極低温でも高弾性歪みと高強度を併せ持つ金属シール材の開発が求められている。最近申請者は、Cu-Al-Mnホイスラー合金単結晶が4%以上の巨大な弾性歪みと600MPaを超える高強度を示すことを見出した。しかし、本特性は室温付近でしか確認されていない。そこで、本研究では合金組成とミクロ組織の制御より室温から極低温までの広い温度域で巨大弾性変形を有するバルクCu-Al-Mn基単結晶材料を作製し、液体水素温度(－253℃)環境下でも高い信頼性を有しかつ再利用が可能な「巨大弾性変形金属シール材」の開発に挑む。
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| Outline of Final Research Achievements |
We analyzed the in-situ neutron diffraction experiment results at J-PARC on a Cu-Al-Mn single crystal alloy sample prepared by cyclic heat treatments, which exhibited giant recoverable strain at room temperature. It was found that the origin of this strain is a true elastic deformation, characterized by reversible lattice strain while maintaining the body-centered cubic structure of the parent phase. Furthermore, mechanical tests conducted from room temperature down to an extremely low temperature of 4.2K revealed that under certain stress levels, the alloy exhibits a low Young's modulus and relatively large elastic strain. Under high stress, martensitic transformation was induced, but upon unloading, reverse transformation occurred, resulting in large reversible strain due to pseudoelasticity even at extremely low temperatures. Based on these results, it is inferred that this alloy is promising as a material for cryogenic seals.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
水素社会の実現に向け、安全で信頼性が高く、漏れのない液体水素の輸送・貯蔵技術の開発が求められている。その中でも、液体水素環境に対応できるシール材の開発が重要である。本研究により、極低温でもゴムのような弾性復元力および低ヤング率と高強度を備えたバルク金属材料の開発に成功した。この材料を使用することで、液体水素温度（－253℃）下でも高い信頼性を持ち、再利用可能な弾性変形金属シール材の製作が可能となる。将来的に、液体水素温度での弾性変形金属シール材を実装できれば、水素社会の発展に向けた多大な貢献が期待される。
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