2017 Fiscal Year Annual Research Report
Alloy Design of High-Entropy Alloys Based on Screening Hypothesis and Statistical Decision Principle and Fabrications of New Alloys
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17H03375
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
竹内 章 東北大学, 工学研究科, 特任教授 (40250815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
網谷 健児 東北大学, 金属材料研究所, 特任准教授 (30463798)
湯葢 邦夫 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00302208)
和田 武 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10431602)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 高エントロピー合金 / 合金設計 / 準結晶 / 六方稠密構造 / 計算機科学 / パーコレーション / 定比化合物 / 等原子分率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
四種類以上の複数の構成元素が等原子分率もしくは等原子分率に近い合金組成として５原子分率以上35原子分率以下含有される多元系合金であり、かつ、面心立方構造や体心立方構造などの固溶体の単相もしくは複相として作製可能な合金として定義される高エントロピー合金の種類の拡張を意図した合金開発を主に行った。本年度は、計算機科学により抽出した候補合金の実験的検証として、準結晶合金およびアモルファス構造を有するガラス合金に着目した新規合金開発を展開した。その結果、ガラス相単相およびガラス相と部分的な準結晶相の混相状態から成る新規な高エントロピー準結晶合金の開発に成功した。毎秒39メートルのロール周速で単ロール液体急冷法を用いて作製したTi33.33Zr33.33Hf13.33Ni20およびZr30Hf30Ni15Cu10Ti15（原子分率）合金のリボン状試料は、アモルファス単相状態として作製可能であった。例えば、745ケルビンまで昇温したZr30Hf30Ni15Cu10Ti15合金のリボン状試料は、10から20ナノメートルの20面体準結晶相を含有することが透過電子顕微鏡観察およびナノビーム電子線回折で明らかになった。Ti33.33Zr33.33Hf13.33Ni20およびZr30Hf30Ni15Cu10Ti15合金は、熱処理により準結晶単相の高エントロピー準結晶合金として作製できなかった。しかしながら、この実験結果により、今後、新規合金として、高エントロピー準結晶合金を開発するための端緒が示された。一方、高エントロピー合金をパーコレーション理論で解析した結果、例えば、bcc構造を有するWNbMoTa４元系等原子分率合金およびfcc構造を有するAuCuNiPdPt５元系等原子分率合金は、構成元素が最近接原子距離で臨界パーコレーション状態の高エントロピー合金であることが分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は、部分的に準結晶化したTi33.33Zr33.33Hf13.33Ni20およびZr30Hf30Ni15Cu10Ti15合金を新規に見出した。この成果は、2011年に発表した世界初のセンチメートル級高エントロピーバルク金属ガラス、2014年に発表した世界初の稠密六方構造の高エントロピー合金に続き、高エントロピー合金の研究分野では前例のなかった準結晶構造の高エントロピー合金の作製に端緒を付けた例として世界的に大きなインパクトを与えた。本研究で構築した合金設計に従った合金開発が順調に機能して、継続的に新規合金を発見できる基盤を築いた。このように、新規高エントロピー系合金の開発に係る本研究課題は概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度以降、平成29年度に導入したワークステーションの利用による計算機科学を駆使して絞り込んだ新規高エントロピー合金の候補に対して逐次実験を行ってゆく。さらに、高エントロピー合金の特性の一つとして挙げられる緩慢な拡散（sluggish diffusion）の原因を理論的な側面から究明するために、パーコレーション理論を導入した解析を実施する予定にしている。さらに、高圧法以外では作製報告がない遷移金属を構成元素とする六方稠密構造の高エントロピー合金の作製を試みる。国際会議等に参加して、最新の研究動向を調査するとともに、参加者との議論を通じて、本研究のより一層の進展を図る。
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