Enhanced corrosion resistance of high entropy alloys by grain refinement

Publicly Offered Research

Project Area	High Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity
Project/Area Number	19H05178
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Doshisha University
Principal Investigator	宮本博之同志社大学, 理工学部, 教授 (10298698)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000) Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000) Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Keywords	ハイエントロピー合金 / 腐食 / 強ひずみ加工 / 超微細結晶 / 孔食 / 微細化 / 超微細結晶材料 / ナノ結晶材料 / 結晶粒界
Outline of Research at the Start	研究の流れは不動態形成元素やその臨界濃度の同定、さらに不動態の安定性に及ぼす超微細粒域のの影響の二段階で行なう。まずは第一段階では、HEAの基本成分として、不働態形成元素であるCr、Ni、Mn等を含有した成分系について、構成元素をみなし溶媒原子とみなし溶質原子に分けて系統的に変化させた材料をアークボタン溶解により作製する。主となる不働態形成元素の同定はHEAの成分変化に伴う不動態被膜の強さの変化の傾向と表面の濃度分布より推測する。不動態形成元素が同定できれば、粉末法により作製し、アモルファスやナノ結晶など拡散性の違いによる耐食性への影響を調査し、HEAの耐孔食性改善の可能性を検討する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，合金構成元素の割合と強ひずみ加工のひとつである高圧ねじり（ＨＰＴ）加工により結晶粒を微細化させたCoCrFeNiMnハイエントロピー合金(HEA)の耐食性を調査することで，HEAの耐食性に及ぼす合金構成元素や結晶粒径の影響を調査した。材料はCrの含有量を変化させた5種類のHEAをアーク溶解にて作製し、強ひずみ加工の一種であるHPT加工を施し結晶粒を微細化させた。粗粒材（CG材）の結晶粒径は約360ミクロンであり、結晶粒微細化させたHPT材の結晶粒径は約40ナノメートルであった。耐食性の評価には1M H2SO4溶液および3.5％NaCl溶液中での分極曲線測定を用いた。結果はCr含有量が多い試料ほど孔食電位が向上し、不動態保持電流が低下し、HEAの耐食性にCrが大きな影響を与えることがわかった。また、CG材とHPT材で耐食性に大きな差は見られなかった。さらに同一のCr含有量を有する二元Fe-Cr合金とHEAを比較するとFe-Cr合金に比べHEAは耐食性が良いことがわかり、安定した不動態皮膜を形成していると考えられる．この原因を探るためＸＰＳ分析により不動態皮膜の分析を行った．表面分析からHEAの不動態皮膜は最表面ではCrの濃度が高く，不動態皮膜内部ではNiが濃化した皮膜組成になっていることがわかり、不動態皮膜内部でのNi濃化と最表面でのCr濃化の効果が合わさりがHEAの安定した不動態皮膜が形成され耐食性が向上したと考えられる．さらにＨＰＴ材とＣＧ材では不動態被膜中でのＣｒおよびＮｉ濃度の差は見られなかった。
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。