2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-strength and high high-plastic deformable nanocrystalline/amorphous complex alloys by controlling thier nano-hetero structures
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17H01334
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
山崎 徹 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30137252)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
足立 大樹 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00335192)
網谷 健児 東北大学, 金属材料研究所, 特任准教授 (30463798)
三浦 永理 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (70315258)
加藤 秀実 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80323096)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶・組織制御 / ナノ結晶材料 / アモルファス合金 / マイクロ加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ結晶合金やアモルファス合金は結晶粒の超微細化等により極端に高強度化・硬質化しており、塑性変形中の加工硬化メカニズムは存在しない。このため、引張変形中にせん断帯が局所的に形成され、脆性的に破壊する。本研究ではこれまでに、ナノ結晶/アモルファス複合組織を有するNi-W系のナノヘテロ材料を開発し、応力誘起のナノ結晶粒成長による局所的硬化を生じさせ、加工硬化の発現と大きな塑性変形を発現させることができた。また、Zr-Cu-Ni-Al系金属ガラス合金においても、微量なAu, Pd等を添加すると、ナノ準結晶相の析出が容易となり、応力誘起のナノ準結晶相の析出による加工硬化の発現が認められ、圧縮変形時に大きな塑性変形を発現できることを明らかにした。これら材料を用いてマイクロギアの試作も行った。
このような応力誘起によるナノ結晶粒成長やナノ準結晶相の析出には、アモルファス母相中に原子拡散を促進するための過剰なフリーボリューム(FV量）の存在が必要である。すなわち、金属ガラスは急冷処理により室温まで凍結されたFV量が十分な場合には優れた機械的性質を示すが、急冷速度が不十分でFV量が不足すると激しい脆化状態となる。
一方、中性子照射は急冷凝固後の金属ガラスのFV量を追加的に増加させることができ、様々な条件下で中性子照射して衝撃試験を実施した。その結果、既に脆化状態にあるZr基金属ガラスを100℃以下で中性子照射するとFV量が増加して機械的特性の大幅な改善がみられたが、延性の高い合金を同様の条件で照射するとFV量が過剰となり激しい脆化が生じた。さらに、延性の高い合金を300℃で中性子照射を施すと、過剰なFVがアニールアウトして脆化は防止できた。以上の結果から、金属ガラスの延性の発現に必要なFV量には上限と下限があり、FV量を制御することにより脆化を防止できることを見出した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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