• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

三次元周期構造制御した高エントロピー合金の創製とその損傷メカニズムの解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1505
補助金の研究課題番号 22J12806 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分18010:材料力学および機械材料関連
研究機関静岡大学

研究代表者

藤田 佳佑  静岡大学, 自然科学系教育部, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2023年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2022年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード金属疲労 / 粉末冶金 / 疲労き裂伝ぱ / 高エントロピー合金 / 窒化処理
研究開始時の研究の概要

本研究では,高エントロピー合金(HEA)を対象に,HEA本来の優れた力学特性を維持したまま高強度・高延性化を達成するとともに,HEAの疲労破壊抑制指針を確立する.金属材料の高強度化手法として,ミクロ組織の均一微細化が有効とされている.しかしながら,HEAの場合,特異な力学特性の根幹をなす双晶変形が生じにくくなるため,ミクロ組織の均一微細化はHEAの高機能化にとって有用ではない.そこで,粉末冶金を用いて金属ミクロ組織を三次元的に周期制御したHEAを創製することとした.また,レーザー顕微鏡およびX線応力測定装置を用いた疲労破壊の非破壊・その場観察を実施することにより材料の損傷メカニズムを解明する.

研究実績の概要

本研究では高エントロピー合金(HEA)を対象に,HEA本来の優れた力学特性を維持したまま高強度・高延性化を達成するとともに,HEAの疲労破壊抑制指針を確立するために,三次元周期構造を有する金属材料の創製,疲労き裂伝ぱ試験を行った.具体的には,異なる直径を有するSUS粉末とHEA粉末を混合・焼結することで,焼結体内部の金属組織を周期的に変化させることが可能であることを明らかにした.また,粉末混合割合を変化させることにより,周期構造の形態を制御できた.これにより,高い下限界応力拡大係数を有するSUS304Lと,き裂開閉口しやすいCrMnFeCoNi 合金を組み合わせた材料が創製できた.
また,予め窒化を施したHEA粉末を焼結することにより,焼結体内部に窒素元素が添加された焼結体を作製することも達成した.窒化を施したHEA粉末焼結体においては,窒素元素が拡散した焼結体を作製できた他,焼結温度を系統的に変化させた焼結体も作製できた.さらに,窒化粉末と未窒化粉末とを混合してから焼結することにより,窒素含有量を変化させた焼結体の作製にも成功した.
疲労き裂伝ぱ試験を行った結果,いずれの手法で作製した焼結体も高い下限界応力拡大係数範囲を有することにより,き裂開閉口が生じない高応力比条件において優れたき裂伝ぱ特性を発現することを明らかにした.これは,き裂開閉口に優れる一方で下限界応力拡大係数範囲が低く,き裂閉口の生じない高応力比条件における疲労き裂伝ぱ特性に劣る欠点を有するCrMnFeCoNi合金の実部材での適用可能性を示すものである.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Effect of nitrogen addition on sintering behavior of high-entropy alloy CrMnFeCoNi powder2024

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fujita, Hidenori Matsuura, Takahiko Kawaguchi, Shoichi Kikuchi
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: -

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near‐Threshold Fatigue Crack Propagation in Sintered 304L Stainless Steel Compact with Network Structure Composed of High‐Entropy CrMnFeCoNi Alloy2023

    • 著者名/発表者名
      Ito Arisa, Fujita Keisuke, Fujiwara Hiroshi, Kikuchi Shoichi
    • 雑誌名

      Advanced Engineering Materials

      巻: - 号: 15 ページ: 2201936-2201936

    • DOI

      10.1002/adem.202201936

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Grain size effect on near-threshold fatigue crack propagation in CrMnFeCoNi high-entropy alloy fabricated by spark plasma sintering2023

    • 著者名/発表者名
      Fujita Keisuke, Tsuboi Hayato, Kikuchi Shoichi
    • 雑誌名

      Engineering Fracture Mechanics

      巻: 286 ページ: 109317-109317

    • DOI

      10.1016/j.engfracmech.2023.109317

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] バイモーダル構造を有するハイエントロピー合金CrMnFeCoNiの創製とその疲労き裂伝ぱ特性2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤 有沙, 藤田 佳佑, 川口 昂彦, 菊池 将一
    • 雑誌名

      材料

      巻: 71 号: 12 ページ: 961-968

    • DOI

      10.2472/jsms.71.961

    • ISSN
      0514-5163, 1880-7488
    • 年月日
      2022-12-15
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of grain size on fatigue limit in CrMnFeCoNi high-entropy alloy fabricated by spark plasma sintering under four-point bending2022

    • 著者名/発表者名
      Fujita Keisuke, Nakazawa Kenta, Fujiwara Hiroshi, Kikuchi Shoichi
    • 雑誌名

      Materials Science and Engineering: A

      巻: 857 ページ: 144121-144121

    • DOI

      10.1016/j.msea.2022.144121

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] ハイエントロピー合金CrMnFeCoNi焼結体の疲労き裂伝ぱ特性に及ぼす粉末窒化温度の影響2024

    • 著者名/発表者名
      久保諒祐,松浦秀憲,藤田佳佑,川口昂彦,菊池将一
    • 学会等名
      日本材料学会 第73期学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 調和組織制御による切欠き材の疲労限度上昇メカニズムの解明2023

    • 著者名/発表者名
      藤田佳佑, 石村芳暉, 中井善一, 川畑美絵, 藤原弘, 飴山惠, 菊池将一
    • 学会等名
      日本材料学会 第72期学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Effect of volume fraction of network structure composed of high-entropy CrMnFeCoNi alloy on fatigue crack propagation in 304L stainless steel compact2023

    • 著者名/発表者名
      Arisa Ito, Keisuke Fujita, Hiroshi Fujiwara, Shoichi Kikuchi
    • 学会等名
      13th International Fatigue Congress “Fatigue2022+1”
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fatiuge damage evaluation of coarse and fine grains in notched austenitic stainless steel with harmonic structure2023

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fujita, Yoshiki Ishimura, Yoshikazu Nakai, Mie Ota Kawabata, Hiroshi Fujiwara, Kei Ameyama, Shoichi Kikuchi
    • 学会等名
      13th International Fatigue Congress “Fatigue2022+1”
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ハイエントロピー合金CrMnFeCoNiとオーステナイト系ステンレス鋼SUS304の複合周期構造材料の創製とその疲労き裂伝ぱ特性2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤有沙, 藤田佳佑, 藤原弘, 菊池将一
    • 学会等名
      日本材料学会東海支部第16回学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Grain size effect on near-threshold fatigue crack propagation in CrMnFeCoNi high-entropy alloy fabricated by spark plasma sintering2022

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Fujita, Hayato Tsuboi, Shoichi Kikuchi
    • 学会等名
      The 6th International Conference on Materials and Reliability (ICMR2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] バイモーダル構造を有するハイエントロピー合金CrMnFeCoNiの創製とその疲労き裂伝ぱ特性2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤有沙, 藤田佳佑, 川口昂彦, 菊池将一
    • 学会等名
      日本材料学会 第35回疲労シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Evaluation of fatigue crack propagation in high-entropy alloy CrMnFeCoNi with bimodal structure2022

    • 著者名/発表者名
      Arisa Ito, Keisuke Fujita, Hiroshi Fujiwara, Shoichi Kikuchi
    • 学会等名
      Materials Science and Engineering Congress (MSE) 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 周期構造を有するハイエントロピー合金の創製とその疲労き裂伝ぱ特性2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤有紗,藤田佳佑,菊池将一
    • 学会等名
      日本材料学会 第71期学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] Google Scholar

    • URL

      https://scholar.google.co.jp/citations?user=TJdmJrAAAAAJ&hl=ja

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書
  • [備考] Scopus

    • URL

      https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=57218712859

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書 2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi