高・中エントロピー合金の系統的比較による高濃度固溶体合金の本質的特徴の解明

• 研究課題/領域番号: 18J20766
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 吉田 周平 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: ハイエントロピー合金 / ミディアムエントロピー合金 / 力学特性 / 高エントロピー合金 / 中エントロピー合金 / 格子摩擦応力 / Hall-Petch関係 / 強化機構 / 材料組織学 / 転位論

研究実績の概要

前年度の研究で，FCC単相のHEA/MEAは，従来の希薄合金や純金属に比べて非常に高い摩擦応力(固溶体中における転位の運動に対する基礎抵抗)を有していることが明らかになった．高濃度多元系では，原子サイズの異なる様々な合金元素が高濃度で固溶することで，結晶格子に大きなひずみが生じ，それが転位の弾性場と相互作用することで，従来の純金属や希薄合金に比べ非常に高い摩擦応力が得られると考えられる．HEA/MEAに特徴的な高い摩擦応力は，材料の降伏強度と変形応力を増大させるが，それのみではFCC単相HEA/MEAが有する優れた強度・延性バランスを説明することができない．本年度は「FCC単相HEA/MEAの高い摩擦応力とその優れた力学特性 (変形挙動) との間に何か関係があるのではないか」という仮説を立て，それを検証した．前年度に調査した材料の中でも特に高い摩擦応力を有するCo20Cr40Ni40三元系MEAと低い摩擦応力を有するCo60Ni40合金の室温における引張変形挙動を比較した．Co60Ni40合金に比べて，Co20Cr40Ni40 MEAは高い変形応力，加工硬化率を示した．従来のFCC希薄固溶体合金に比べて，高濃度多元系では，変形中の動的回復が抑制されることで，転位密度が増大し，高い加工硬化能が得られると考えられる．
これまでの研究から，HEA/MEAでは，(1) 固溶元素のサイズ差に起因した格子ひずみと転位の弾性場の相互作用により，非常に高い摩擦応力が得られること，(2) 変形中の転位の交差すべりが抑制されることによって，転位密度，加工硬化率が上昇しやすくなることといった高濃度多元系固溶体の特徴が明らかとなった．高濃度多元系では，結晶格子中のそれぞれの原子サイトに異なる元素が配置し，元素のサイズ差によって格子が歪んだ特異な状態が，その優れた力学特性の起源であることが示唆された．

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)
• [国際共同研究] 重慶大学(中国)
• [国際共同研究] スイス連邦工科大学ローザンヌ校(スイス)
• [国際共同研究] インド工科大学ハイデラバード校(インド)
• [国際共同研究] Ruhr University, Bochum(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] Chongqing University(中国)
• [国際共同研究] Ruhr-University Bochum(ドイツ)
• [国際共同研究] Technical University of Denmark(デンマーク)
• [国際共同研究] Yeungnum University(韓国)
• [国際共同研究] EPFL(スイス)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] 嶺南大学(韓国)
• [国際共同研究] インド工科大学ハイデラバード校(インド)
• [国際共同研究] デンマーク工科大学(デンマーク)
• [国際共同研究] スイス連邦工科ローザンヌ校(スイス)
• [雑誌論文] Effect of Cobalt-Content on Mechanical Properties of Non-Equiatomic Co–Cr–Ni Medium Entropy Alloys (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Shuhei、Ikeuchi Takuto、Bai Yu、Tsuji Nobuhiro
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 61 号: 4 ページ: 587-595
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-MK2019004
  • NAID: 130007815365
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 年月日: 2020-04-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Elemental Combination on Microstructure and Mechanical Properties of Quaternary Refractory Medium Entropy Alloys (2020)
  • 著者名/発表者名: He Qian、Yoshida Shuhei、Yasuda Hideyuki、Tsuji Nobuhiro
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 61 号: 4 ページ: 577-586
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-MK2019003
  • NAID: 130007815363
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 年月日: 2020-04-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ハイエントロピー合金の結晶粒超微細化 (2020)
  • 著者名/発表者名: YOSHIDA Shuhei、IKEUCHI Takuto、BHATTACHARJEE Tilak、BAI Yu、SHIBATA Akinobu、TSUJI Nobuhiro
  • 雑誌名: 粉体および粉末冶金 巻: 67 号: 3 ページ: 113-120
  • DOI: 10.2497/jjspm.67.113
  • NAID: 130007808681
  • ISSN: 0532-8799, 1880-9014
  • 年月日: 2020-03-15
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Yield strength and misfit volumes of NiCoCr and implications for short-range-order (2020)
  • 著者名/発表者名: Yin Binglun、Yoshida Shuhei、Tsuji Nobuhiro、Curtin W. A.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 2507-2507
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16083-1
  • NAID: 120006898129
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Yield strength and misfit volumes of NiCoCr and implications for short-range-order (2020)
  • 著者名/発表者名: Binglun Yin, Shuhei Yoshida, Nobuhiro Tsuji, William Curtin
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: in press
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Engineering heterogeneous microstructure by severe warm-rolling for enhancing strength-ductility synergy in eutectic high entropy alloys (2019)
  • 著者名/発表者名: Reddy S.R.、Yoshida S.、Sunkari U.、Lozinko A.、Joseph J.、Saha R.、Fabijanic D.、Guo S.、Bhattacharjee P.P.、Tsuji N.
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 764 ページ: 138226-138226
  • DOI: 10.1016/j.msea.2019.138226
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nanostructuring with Structural-Compositional Dual Heterogeneities Enhances Strength-Ductility Synergy in Eutectic High Entropy Alloy (2019)
  • 著者名/発表者名: Reddy S. R.、Yoshida S.、Bhattacharjee T.、Sake N.、Lozinko A.、Guo S.、Bhattacharjee P. P.、Tsuji N.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 11505-11505
  • DOI: 10.1038/s41598-019-47983-y
  • NAID: 120006822519
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deformation microstructures and strength of face-centered cubic high/medium entropy alloys (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Shuhei、Ikeuchi Takuto、Bai Yu、Shibata Akinobu、Hansen Niels、Huang Xiaoxu、Tsuji Nobuhiro
  • 雑誌名: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 巻: 580 号: 1 ページ: 012053-012053
  • DOI: 10.1088/1757-899x/580/1/012053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of elemental combination on friction stress and Hall-Petch relationship in face-centered cubic high / medium entropy alloys (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Shuhei、Ikeuchi Takuto、Bhattacharjee Tilak、Bai Yu、Shibata Akinobu、Tsuji Nobuhiro
  • 雑誌名: Acta Materialia 巻: 171 ページ: 201-215
  • DOI: 10.1016/j.actamat.2019.04.017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of aluminum addition on solid solution strengthening in CoCrNi medium-entropy alloy (2019)
  • 著者名/発表者名: Agustianingrum Maya Putri、Yoshida Shuhei、Tsuji Nobuhiro、Park Nokeun
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 781 ページ: 866-872
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.12.065
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ハイエントロピー合金におけるミクロ組織制御の可能性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 辻 伸泰、朴 魯謹、李 翔、Rajeshwar, Reddy Eleti、吉田周平、Tilak Bhattacharjee、白 玉、Pinaki Prasad Bhattacharjee、黒川 修
  • 雑誌名: まてりあ 巻: 57 号: 7 ページ: 317-322
  • DOI: 10.2320/materia.57.317
  • NAID: 130007386676
  • ISSN: 1340-2625, 1884-5843
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Characteristic deformation behavior of HfNbTiZr refractory medium entropy alloy (2021)
  • 著者名/発表者名: Qian He, Shuhei Yoshida, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: 日本金属学会 2021年春季(第168回)講演大会
• [学会発表] X線回折プロファイル解析法による金属材料の変形組織分析－ハイエントロピー合金を例に－ (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉田 周平
  • 学会等名: 第16回SPring-8金属材料評価研究会/第57回SPring-8先端利用技術ワークショップ「X線回折プロファイル解析を用いた放射光その場X線回折測定による金属材料の変形組織解析」
  • 招待講演
• [学会発表] CoCrFeMnNiハイエントロピー合金におけるσ相析出に及ぼす変形量の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山下 徹哉, Reza Gholizadeh, 吉田 周平, 辻 伸泰
  • 学会等名: 日本金属学会 2020年秋季(第167回)講演大会
• [学会発表] FCC単相Medium Entropy Alloyにおける圧延変形組織の発達とその結晶方位依存性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山崎 直人, 吉田 周平, Bai Yu, Pinaki Prasad Bhattacharjee, 辻 伸泰
  • 学会等名: 日本金属学会 2020年秋季(第167回)講演大会
• [学会発表] Deformation behavior of HfNbTiZr refractory medium entropy alloy (2020)
  • 著者名/発表者名: Qian He, Shuhei Yoshida, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: 日本金属学会 2020年秋季(第167回)講演大会
• [学会発表] Mechanical Response and Microstructure Evolution in CoCrFeMnNi High Entropy Alloy Deformed in Wide Range of Strain and Temperature (2020)
  • 著者名/発表者名: Reza Gholizadeh, Shuhei Yoshida, Yu Bai, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: 日本金属学会 2020年秋季(第167回)講演大会
• [学会発表] Co20Cr40Ni40 Medium Entropy Alloyにおける圧延変形組織の発達とその結晶方位依存性(P30) (2020)
  • 著者名/発表者名: 山崎 直人, 吉田 周平, Bai Yu, Bhattacharjee Pinaki, 辻 伸泰
  • 学会等名: 日本金属学会 2020年春期(第166回)講演大会
• [学会発表] Effect of elemental combination on microstructure and mechanical properties of quaternary refractory medium entropy alloys(S1.2) (2020)
  • 著者名/発表者名: Qian He, Shuhei Yoshida, Hideyuki Yasuda, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: 日本金属学会 2020年春期(第166回)講演大会
• [学会発表] 高・中エントロピー合金における変形組織の方位依存性と力学特性の関係(S1.3) (2020)
  • 著者名/発表者名: 吉田 周平, Fu Rui, Gong Wu, 池内 琢人, Bai Yu, 柴田 曉伸, Feng Zongqiang, Wu Guilin, Hansen Niels, Huang Xiaoxu,・辻 伸泰
  • 学会等名: 日本金属学会 2020年春期(第166回)講演大会
• [学会発表] Ductility of quaternary refractory medium entropy alloys with body-centered cubic structure (J-88) (2020)
  • 著者名/発表者名: Qian He, Shuhei Yoshida, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: 2020 TMS Annual Meeting and Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Microstructural origin of high work-hardenability in ultrafine-grained CoCrNi medium entropy alloy (C1-O12-004) (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yoshida, Genki Yamashita, Takuto Ikeuchi, Yu Bai, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
  • 国際学会
• [学会発表] The Role of Short-range-order on Strengthening of NiCoCr: Theory and Experiments(P32) (2019)
  • 著者名/発表者名: Binglun Yin, Shuhei Yoshida, Nobuhiro Tsuji, William Curtin
  • 学会等名: The World Congress on High Entropy Alloys (HEA 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of elements combination on ductility in refractory body-centered cubic high/medium entropy alloys (P53) (2019)
  • 著者名/発表者名: Qian He, Shuhei Yoshida, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: 日本金属学会 2019年秋期(第165回)講演大会
• [学会発表] Co-Cr-Ni Medium Entropy Alloyの室温変形挙動と積層欠陥エネルギー，摩擦応力の関係 (S1.2) (2019)
  • 著者名/発表者名: 池内 琢人，吉田 周平， BAI Yu，柴田 曉伸，辻 伸泰
  • 学会等名: 日本金属学会 2019年秋期(第165回)講演大会
• [学会発表] 完全再結晶超微細粒組織を有する高・中エントロピー合金の作製とその力学特性 (S1.10) (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉田 周平，朴 魯謹，辻 伸泰
  • 学会等名: 日本金属学会 2019年秋期(第165回)講演大会
• [学会発表] Deformation microstructures and strength of face-centered cubic high/medium entropy alloys (P12) (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yoshida, Takuto Ikeuchi, Yu Bai, Akinobu Shibata, Niels Hansen, Xiaoxu Huang, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: The 40th Riso International Symposium on Materials Science: Metal Microstructures in 2D, 3D, and 4D
  • 国際学会
• [学会発表] Recrystallization behavior of high / medium entropy alloys deformed by high pressure torsion and subsequently annealed (O111) (2019)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yoshida, Nokeun Park, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: 7th International Conference on Recrystallization and Grain Growth
  • 国際学会
• [学会発表] Recrystallization behavior of (CoCrMnNi)50Fe50 medium entropy alloy annealed at 600 °C (P47) (2019)
  • 著者名/発表者名: Ibrahim Ondicho, J. H. Shon, Shuhei Yoshida, Nobuhiro Tsuji, Nokeun Park
  • 学会等名: 7th International Conference on Recrystallization and Grain Growth
  • 国際学会
• [学会発表] ハイエントロピー合金の結晶粒超微細化 (3-21) (2019)
  • 著者名/発表者名: 辻 伸泰, 吉田 周平, Bai Yu
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会2019年度春季大会 (第123回講演大会)
  • 招待講演
• [学会発表] Possibility of Microstructure Control by Thermo-mechanically Controlled Processes in High Entropy Alloys (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Tsuji, Nokeun Park, Tilak Bhattacharjee, Shuhei Yoshida, Rajeshwar Eleti, Yu Bai, Shu Kurokawa, Pinaki Bhattacharjee
  • 学会等名: 2019 TMS Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effect of Co-contents on mechanical properties of non-equiatomic Co-Cr-Ni Medium entropy alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuto Ikeuchi, Shuhei Yoshida, Yu Bai, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: The 2nd International Conference on High-Entropy Materials (ICHEM 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Microstructure Control and Resultant Change in Mechanical Properties in High Entropy Alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: Nobuhiro Tsuji, Nokeun Park, Tilak Bhattacharjee, Shuhei Yoshida, Rajeshwar Eleti, Yu Bai, Shu Kurokawa, Pinaki Bhattacharjee
  • 学会等名: 2018 MRS Fall Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High / Medium entropy alloyの摩擦応力に及ぼす元素の組合せの影響 (S2. 20) (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉田 周平，池内 琢人，BHATTACHARJEE Tilak，BAI Yu，柴田 曉伸，辻 伸泰
  • 学会等名: 日本金属学会 2018年秋期(第163回)講演大会
• [学会発表] Effect of Elemental Combination on Friction Stress and Hall-Petch Relationship in Face-Centered Cubic High / Medium Entropy Alloys (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Yoshida, Takuto Ikeuchi, Tilak Bhattacharjee, Yu Bai, Akinobu Shibata, Nobuhiro Tsuji
  • 学会等名: 18th International Conference on the Strength of Materials (ICSMA-18)
  • 国際学会
• [図書] ハイエントロピー合金 (2020)
  • 著者名/発表者名: 乾 晴行
  • 総ページ数: 296
  • 出版者: 内田老鶴圃
  • ISBN: 9784753651375