2018 Fiscal Year Annual Research Report
High temperature shape memory alloy using Zr-Cu system alloys and effect of additional element
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16K17987
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| Research Institution | Kagoshima National College of Technology |
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Principal Investigator |
徳永 仁夫 鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70435460)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 形状記憶合金 / マルテンサイト変態 / 金属間化合物 / 材料組織 / 合金組成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，(１)100℃を超える高温域で形状記憶効果を発揮する，(2)形状回復温度が添加元素の種類と濃度によって制御できる，という2つの特徴を持つ新規機能性材料を開発することである．これを達成するために，およそ250℃で形状回復効果を示す金属間化合物ZrCuに着目する．これまでに，種々の組成のジルコニウム（Zr）と銅（Cu）を主原料とする合金をアーク溶解法で作製しその特性を調査した．まず，等原子比近傍Zr-Cu 2元合金においてはマルテンサト変態温度が合金組成に依存しないことを明らかにした．次に等原子比Zr-Cu合金に第3元素としてアルミニウム（Al)を添加したZr-Cu-Al合金を作製し，Al濃度が材料組織に及ぼす影響をX線回折で調べた．その結果，Al濃度が0から6at.%の範囲において，いずれの材料中にも金属間化合物ZrCuが形成されることを確認した．さらに，Al濃度が高くなると，ZrCuの結晶構造に変化が見られた．すなわちAlを含まないZr-Cu合金ではZrCuのマルテンサイト相のみが形成されるのに対して，Alを含むZr-Cu-Al合金では，ZrCuのマルテンサイト相に加えてペアレント相が形成される．次に，作製したZr-Cu-Al合金のマルテンサイト変態温度と逆変態温度に及ぼす影響を示差走査熱量分析で調べた．その結果，マルテンサイト変態開始（Ms）・終了（Mf）温度およびマルテンサイト逆変態開始（As）・終了（Af）温度のいずれの値もAl濃度の増加に伴い低下する，すなわちZrCuの形状回復効果が現れる温度をAl濃度によって制御できることを明らかにした．次に，熱処理および加熱・冷却プロセスがZr-Cu-Al合金の材料組織に及ぼす影響を調べた．その結果，熱処理後の材料組織が加熱温度と冷却速度に依存することを明らかにした．また，材料組織の変化に伴いビッカース硬度が変化することを明らかにした．
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