2016 Fiscal Year Annual Research Report
Evaluation of size effect and critical size for perfect shape recovery in shape memory alloy by micro-sized testing
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15K14159
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
稲邑 朋也 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (60361771)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 微小材料 / サイズ効果 / 形状記憶合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究成果を踏まえ，本年度は生体用形状記憶合金の候補であるAu2CuAl合金の微小サイズ試験片を用いて，形状記憶効果におよぼす結晶粒界やマルテンサイトドメインサイズの影響の解明を試みた．母相結晶粒径が500μm程度であるAu2CuAl合金多結晶から，負荷方位が母相の[100], [110], [111]であるような10μm x 10μm x 25μmの微小試験片を，集束イオンビーム加工機を用いて作製し，温度可変ステージ付きの微小圧縮試験によって形状記憶特性ならびにその温度依存性を解析した．試験片は母相結晶粒界を含まず単結晶である．298K～343Kの温度範囲において明瞭な超弾性が確認され，バルク材で見られる脆性的な破壊は生じなかった．昨年度の成果を踏まえると，微小試験片において脆性破壊が生じなかったのは，本合金の脆性が粒界破壊に由来するためと考えられる．変態誘起応力はClausius-Clapeyron型の温度依存性を示し，各負荷方位において変態歪みとエントロピー変化から見積もったバルクのdσ/dTと微小サイズ試験片のそれはよく一致した．変態誘起応力に達すると，直ちに大幅な応力降下が見られた．変形中の材料組織は観察することができなかったが，比較的大きなマルテンサイトドメインが変態誘起応力に達すると共に試験片を貫通するように形成され，それに伴って急激な応力降下が生じていると推察され，力学特性と試料サイズおよびドメインサイズの相関が示唆された．さらにFe添加によって結晶粒径を300μm～30μmに変化させたバルクAuCuAl合金の破壊挙動を調べた結果，結晶粒径が脆性破壊を生じる臨界き裂長さ以下程度であれば粒界破壊が抑制されることが分かり，このことからも，微小化サイズ化による当該合金の延性化は，結晶粒径と試験片サイズによって決定されることが明らかになった．
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