マルテンサイト変態の原子変位機構に着目した高温形状記憶合金の機能予測と創製
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20H02427
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26010:Metallic material properties-related
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
松田 光弘 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 准教授 (80332865)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
赤嶺 大志 九州大学, 総合理工学研究院, 助教 (40804737)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | マルテンサイト変態 / ハフニウム合金 / 形状記憶特性 / 原子変位機構 / ハフニウム基合金 / バリアント / 自己調整 / 変態温度 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，形状記憶特性を担う熱弾性型マルテンサイト変態の「原子変位（シェアー・シャッフリング）機構」を精密に解析し制御することで，地球規模の課題解決に向けた新規高温形状記憶合金を開発することが目的である。目標値としては，動作温度 400℃以上，最大仕事量 5～10 J/cm3の達成である。供試材として，チタンやジルコニウムに比べて融点や同素変態点が高く，広範囲にて変態点の制御が期待できることから，ハフニウム（Hf）元素を主体とする。特に熱弾性型マルテンサイト変態の原子変位機構を解明し，それらと形状記憶特性とを関連付ける本研究は，オリジナリティーに溢れ学問的意義も極めて高い。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では新規高温型形状記憶合金の開発を目指しており，本年度は研究目的に掲げた4項目のうち，（１）Hf基合金マルテンサイト相の結晶学的特徴について調査した。その結果，等原子比HfNi合金は室温にて斜方晶B33構造を呈しており，格子定数は以下のように精密化できた。（a = 0.322 nm, b = 0.984 nm, c = 0.410 nm）また，透過電子顕微鏡観察の結果，プレート状かつ内部が無欠陥となるバリアント組織を呈しており，その境界は(021)双晶を形成していた。さらにTi-Ni-Hf3元合金マルテンサイト相について調査したところ，Hf置換量の増加に伴い，変態点および格子定数が増加し，室温にてTi25Ni50Hf25合金はB19’構造，Ti10Ni50Hf40合金はB33構造を呈していた。また両合金にて三角形状および台形状の形態を有する2つの晶癖面バリアントが対となって生成していることがわかった。
次に，Ti-Pd合金のTiをHfにて置換した結果，置換量の増加に伴い，マルテンサイト変態点が低下し，Ti25Pd50Hf25合金およびTi10Pd50Hf40合金では室温にてB2構造を呈することがわかった。またこれら試料には時効処理を施さない溶体化処理材においても数nm～数十nm程度の微細な第二相粒子が生成しており，各種方位からのDiffraction 解析および原子レベルでのHAADF-STEM観察により，これまでTi-Ni-Hf合金時効材にて報告されているH相に類似した結晶構造を有することがわかった。
上記一連の研究成果について，研究初年度において国内学会発表：3件 も実施するなど，十分な結果を出すことができた。
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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
研究初年度となる2020年度は，供試材として等原子比HfNi合金およびTi-Ni-Hf合金，Ti-Pd-Hf合金を用い，それらマルテンサイト変態点，格子定数，内部組織のバリアント解析など数多くの実験結果が得られた。また研究代表者（松田）が作製した試料を用いて研究分担者（赤嶺）が最先端の収差補正電子顕微鏡を用い，原子レベルでの結晶構造解析をはじめ，バリアント界面でのひずみ分布を測定するなど，スムーズな連携がとれた。これら結果を国内学会発表3件に纏めており，多大な成果を上げることができた。そのため，順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究2年目となる2021年度では，研究目的の(2)応力負荷に伴うマルテンサイトバリアント界面特性の評価を実施する予定である。これには，リアルタイムでの動的観察が可能な申請備品となるIn-situ引張TEMホルダーが必要不可欠となるため，それらホルダー購入前に試料作製条件（試料サイズや電子顕微鏡観察のための薄膜作製条件など）を確立する。また動的観察を行う必要性の高い試料を選定し，それら内部構造やバリアント解析など詳細に実施しておく。具体的な研究成果としては，2021年度にて上記実験結果および考察を深めて，研究論文を投稿予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
