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結晶方位制御による高性能単結晶形状記憶合金板材の創成

研究課題

研究課題/領域番号 20K05175
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26050:材料加工および組織制御関連
研究機関岩手大学 (2022)
国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 (2020-2021)

研究代表者

戸部 裕史  岩手大学, 理工学部, 准教授 (40743886)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワードCu-Al-Mn合金 / 形状記憶合金 / 集合組織 / マルテンサイト変態 / 再結晶 / 集合組織制御 / 時効析出 / 時効 / 組織制御 / 構造・機能材料
研究開始時の研究の概要

形状記憶合金アクチュエータの性能向上と用途拡大のため、新規の銅系合金に対して単結晶方位の制御手法を確立し、特性と形状をアクチュエータ用途に最適化した単結晶板材を創成する。これにより、従来の家電・自動車・航空宇宙などの分野に加え、新たに液化ガス貯蔵・冷凍機・超伝導などの極低温環境へも展開可能な、熱的に駆動する小型・軽量・高出力アクチュエータとしての実用化を前進させる。

研究成果の概要

本研究では、Cu-Al-Mn形状記憶合金の板材に対して、形状記憶特性を示すβ相(bcc構造)の結晶方位制御手法を確立し、優れた特性を有する板材を安定して供給可能にすることを目的とした。ランダムな結晶方位をもつβ相からなる板材に対し、特定の熱処理条件で微細α相(fcc構造)を形成させた後に圧延加工を施すプロセスを繰り返すことで、最大回復ひずみの得られる<510>近傍の結晶方位に配向度の高い板材を開発した。本プロセスの後に、β単相化熱処理や単結晶化熱処理を実施した場合も、この優先方位への配向度を引き継ぐため、大きな回復ひずみを伴う優れた形状記憶特性を有する板材を高頻度に得ることが可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

熱処理による単結晶化手法は、Cu-Al-Mn形状記憶合金に優れた形状記憶特性をもたらすが、これまでの手法では結晶方位にばらつきがあり、製造した単結晶板材の特性にばらつきが生じるという課題があった。本研究で開発した結晶方位制御手法は、既存の単結晶化手法と組み合わせることでこのばらつきを低減でき、安定した特性を有する板材を供給可能とする。このような形状記憶合金板材は、温度変化で変位や力の発生をもたらす熱的駆動アクチュエータとして利用でき、例えば宇宙機温度制御用ヒートスイッチ等の性能向上・品質改善に貢献できる。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Cu–Al–Mn形状記憶合金を用いた機械式ヒートスイッチの開発2022

    • 著者名/発表者名
      戸部裕史, 石川和毅, 澤田健一郎, 東谷千比呂, 東谷千比呂, 中川貴雄, 佐藤英一
    • 雑誌名

      銅と銅合金

      巻: 61 号: 1 ページ: 334-338

    • DOI

      10.34562/jic.61.1_334

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Cu-Al-Mn形状記憶合金板材における集合組織が単結晶方位へ及ぼす影響2023

    • 著者名/発表者名
      刈部健太郎, 戸部裕史, 佐藤英一, 筧幸次
    • 学会等名
      日本金属学会2023年春期(第172回)講演大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 集合組織によるCu-Al-Mn形状記憶合金板材の結晶方位制御2022

    • 著者名/発表者名
      刈部健太郎, 佐藤英一, 戸部裕史, 筧幸次
    • 学会等名
      第169回超塑性研究会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Cu-Al-Mn形状記憶合金を用いた機械式ヒートスイッチの開発2021

    • 著者名/発表者名
      戸部裕史, 石川和毅, 澤田健一郎, 東谷千比呂, 中川貴雄, 佐藤英一
    • 学会等名
      日本銅学会第61回講演大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ヒートスイッチ用Cu-Al-Mn形状記憶合金板材の開発2021

    • 著者名/発表者名
      刈部健太郎, 戸部裕史, 佐藤英一
    • 学会等名
      第36回宇宙構造・材料シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [産業財産権] Cu-Al-Mn系合金材及びその製造方法2023

    • 発明者名
      佐藤英一, 戸部裕史
    • 権利者名
      佐藤英一, 戸部裕史
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2023-032814
    • 出願年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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