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電気抵抗測定から読み解く高エントロピー合金の自己組織化による階層構造

Publicly Offered Research

Project AreaHigh Entropy Alloys - Science of New Class of Materials Based on Elemental Multiplicity and Heterogeneity
Project/Area Number 21H00140
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

谷本 久典  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70222122)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Keywords高エントロピー合金 / 局所構造 / 原子対形成 / 電気抵抗 / 等温焼鈍 / 緩和過程 / ハイエントロピー合金 / 自己組織化 / 階層構造 / 熱処理
Outline of Research at the Start

主成分元素にパーセントオーダーの異種元素を添加する従来合金と異なり、3元素以上を等比に近い率にて混ぜ合わせた単相固溶体合金は、混合エントロピーが増大することから高エントロピー合金と呼ばれ、特異な物性が発現する。その原因機構として、原子レベルでは完全にランダムではなく、局所構造やクラスターの形成が示唆されている。そこで、金属中での原子クラスター化や結晶欠陥形成などの状態変化を鋭敏に反映しうる電気抵抗測定から、高エントロピー合金に内在する局所構造の解明や物性との相関について検証する。

Outline of Annual Research Achievements

ある元素をベースとして他元素を添加する従来の合金と異なり、等原子比で5元以上の元素を混合し化学的に乱雑で均質な結晶(固溶体)とした合金が注目を浴びている。例えばCrMnFeCoNi合金(カンター合金)では従来の合金を凌ぐ高強度と延性の両立が報告されており、配置エントロピーが高いことから高エントロピー合金と総称されている。しかしその一方で、カンター合金も冷間加工後に低温焼鈍すると相分離や析出物形成が起こることが報告されており、原子レベルでは特定の元素間で対形成・配列した規則構造が形成される可能性がある。そこで本研究では、カンター合金やその派生系であるCrCoNi合金やMnCoNi合金について、773K以下にて等時焼鈍することで特定の元素間で規則構造が形成されるかどうかを電気抵抗測定から評価した。ここで、電気抵抗はマクロな物性であるが、原子空孔形成などの原子レベルでの配列変化を鋭敏に反映することが可能である。測定したいずれの合金系でも低温になるほど焼鈍時間とともに電気抵抗値の大きな増大が見られ、また時間経過とともに飽和することが分かった。また飽和に至るまでの時間は焼鈍温度が高いほど短くなった。この電気抵抗の温度変化はアレニウス型で温度変化する緩和時間を用いた緩和機構で説明可能であった。詳しい解析から、最初乱雑状態であったものから規則構造が形成され、その量は温度により決まること、また電子顕微鏡やX線回折測定では明確な規則構造の形成が検出できないことから、特定の原子種間での対形成が起きていることが明らかになった。ここで、従来の合金理論では規則構造がある程度のサイズで形成されると強度上昇するとされているが、共同研究者による力学特性評価において電気抵抗値増大が飽和した状態でも明確に強度変化が見られなかったことも、規則構造形成ではなく特定元素間での対形成が生じていることを支持する。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Evolution of short-range order and its effects on the plastic deformation behavior of single crystals of the equiatomic Cr-Co-Ni medium-entropy alloy2023

    • Author(s)
      Li Le、Chen Zhenghao、Kuroiwa Shogo、Ito Mitsuhiro、Yuge Koretaka、Kishida Kyosuke、Tanimoto Hisanori、Yu Yue、Inui Haruyuki、George Easo P.
    • Journal Title

      Acta Materialia

      Volume: 243 Pages: 118537-118537

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2022.118537

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Corrosion‐Resistant and High‐Entropic Non‐Noble‐Metal Electrodes for Oxygen Evolution in Acidic Media2022

    • Author(s)
      Tajuddin Aimi A. H.、Wakisaka Mitsuru、Ohto Tatsuhiko、Yu Yue、Fukushima Haruki、Tanimoto Hisanori、Li Xiaoguang、Misu Yoshitatsu、Jeong Samuel、Fujita Jun‐ichi、Tada Hirokazu、Fujita Takeshi、Takeguchi Masaki、Takano Kaori、Matsuoka Koji、Sato Yasushi、Ito Yoshikazu
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 35 Issue: 3 Pages: 2207466-2207466

    • DOI

      10.1002/adma.202207466

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Electrical resistivity and short-range order in rapid-quenched CrMnFeCoNi high-entropy alloy2021

    • Author(s)
      H. Tanimoto, R. Hozumi, M. Kawamura
    • Journal Title

      J. Alloys and Compounds

      Volume: 896 Pages: 163059-163059

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2021.163059

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 等比多成分合金の電気抵抗と局所構造2023

    • Author(s)
      YUE YU, Hisanori Tanimoto
    • Organizer
      2023年日本金属学会春期講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CrCoNi とCrCoNiFeMn 合金の電気抵抗率および化学的短距離秩序2022

    • Author(s)
      YUE YU, Hisanori Tanimoto
    • Organizer
      2022年日本金属学会春期講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CrCoNi 及びCrCoNiFeMn 合金の電気抵抗率および化学的短距離秩序2022

    • Author(s)
      YUE YU, Hisanori Tanimoto
    • Organizer
      2022年日本金属学会秋期講演会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical Resistivity and Chemical Short Range Order of CrCoNi and CrCoNiFeMn Alloys2022

    • Author(s)
      YUE YU, Hisanori Tanimoto
    • Organizer
      日本金属学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical Resistivity and Chemical Short Range Order of CrCoNi Medium Entropy Alloy2021

    • Author(s)
      YUE YU, Hisanori Tanimoto
    • Organizer
      日本金属学会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical Resistivity and Chemical Short Range Order of CrCoNi Medium Entropy Alloy2021

    • Author(s)
      YUE YU, Hisanori Tanimoto
    • Organizer
      Materials Research Meeting 2021, Yokohama (Japan)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2023-12-25  

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