2021 Fiscal Year Research-status Report
Achievement of high toughened metallic glass with single amorphous phase through designing of anisotropy of random structure
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21K04899
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
山田 類 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40706892)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
才田 淳治 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 教授 (20359540)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 金属ガラス / 熱的手法 / 緩和状態傾斜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで、我々の研究グループでは、金属ガラス試料を過冷却液体温度域まで加熱後、1側面のみを急冷することで、1試料内に緩和状態傾斜を形成することを試みてきた。当該年度は、直径4mmを有するZr50Cu40Al10金属ガラスロッド試料に対して、この熱的手法を通じて3次元的に緩和状態傾斜を形成することを目的に研究を行った。
これまで、ロッドの軸方向に対して傾斜方向が0°の治具を保有していたが、今回、軸方向に対して24°傾斜をつけて試料を保持できる治具を新たに開発した。また、急冷装置本体の改良を行い、装置内及び治具の5か所の場所において熱電対により温度を計測できるよう、機構を新たに刷新した。
0°傾斜の治具を用いた場合、ロッドの断面方向には緩和状態の傾斜が形成されていることが従来の結果より明らかとなっていたが、今回の結果では、ロッドの奥行き方向には傾斜が形成されていないことが明らかとなった。このため、当治具を用いた場合、2次元的にしか傾斜が形成されていないことが分かった。一方、新規に開発した24°傾斜の治具を用いた場合、比熱測定及びインデンテーション試験結果から、ロッド断面の対角線上に傾斜が形成されていることが明らかとなった。このことから、熱的手法を通じて金属ガラス1試料内に3次元的に緩和状態傾斜を形成することが可能であることを初めて明らかにすることができた。
本研究成果は、金属ガラスの材料設計の自由度を大幅に広げることにつながり、また今後、局所不均質構造制御や機械的特性改善手法の1つとしてその展開が大いに期待される。
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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
当該年度は、熱的手法を通じて金属ガラス1試料内に3次元的に緩和状態傾斜を形成することを第一の目的としており、新規治具の開発ならびに急冷装置機構の刷新を通じて、ある程度その目標を達成することができた。従来までの0°傾斜の治具を用いた場合には2次元傾斜のみしか形成されていないことも明らかとなり、当該年度の研究により材料設計の自由度を大幅に向上させることに成功した。また、装置を刷新したことで、各場所での温度を図ることが可能となり、次年度で検討している熱の流れの予測にも有益な情報を与えるデータを取得することができるようになった。これらを踏まえて、現在までの進捗状況は概ね順調に進展していると言える。一方で、当初の予定の1つであった、ロッド軸に対して90°傾斜を形成する実験に関しては、治具の開発は行えたものの、依然、実際の熱処理実験が行えていない状況にある。この点は今後の課題として次年度に行うことを予定している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、3次元緩和状態傾斜を形成した試料の機械的特性評価を行っていきたいと考えている。内部の緩和状態に応じて、破壊時の亀裂の進展挙動が異なることが予想されるため、圧縮試験を通じて試料の破壊挙動を調べていきたい。それにより、伸びの発現の有無や亀裂の進展経路の観察を行っていく予定である。また、DICを行うための機構を新たに構築し、破壊試験を行っている際の試料内でのひずみ分布のIn-situ測定も行っていきたいと考えている。それらを通じて、緩和状態と破壊機構の関係性を明らかにしていく。緩和状態傾斜を通じてアモルファス相単相を維持した状態で高靭性化が達成される最適な条件を明らかにしていくことを最終目標としている。
また、当該年度で依然明らかとなっていなかった、3次元緩和状態傾斜の形成メカニズムについても検討していきたい。直径4mmといった比較的小さな試料内においても、熱的手法を通じて傾斜が形成されたその要因を今後明らかにしていきたいと考えている。特に、急冷時の試料内、治具内における熱の伝達機構を明らかにし、それを通じて、傾斜を形成する鍵となる要因を突き止めていきたいと考えている。
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