| 研究領域 | ハイエントロピー合金：元素の多様性と不均一性に基づく新しい材料の学理 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00155
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 同志社大学 |
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研究代表者 |
宮本 博之 同志社大学, 理工学部, 教授 (10298698)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
2022年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | ハイエントロピー合金 / 強ひずみ加工 / 孔食 / 不働態 / 超微細結晶粒材料 / 腐食 / 超微細結晶材料 / 高エントロピー合金 / ナノ結晶 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
等原子分率の多元素からなるハイエントロピー合金では主となる不動態形成元素やその臨界組成の決定原理は必ずしも明確ではなく、その含有量と耐食性との関係も従来型の合金のように明確ではない。また、本合金は一定の耐食性を示すものの、約20％のCr, Ni, Coを含有するにもかかわらず、汎用ステンレス鋼に比較して不動態被膜が安定ではなく、特に耐孔食性が高くない。本合金の耐食性が成分系に相応して高くないのは、その特徴である低い拡散性による不動態元素の表面濃度の変化によると考えた。従って強ひずみ加工による結晶粒微細化と非平衡粒界の導入により、拡散性を高めることができれば、耐食性を高めることができる可能性がある。
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| 研究実績の概要 |
ハイエントロピー合金の代表的合金であるCoCrFeNiMn合金（Cantor合金）の耐食性に及ぼす強ひずみ加工による結晶粒微細化の影響を明らかにすることを研究目的とした。本合金はＣｒを含有し、ステンレス鋼やFe-Cr合金と同様にCrが不働態皮膜の形成元素であることが報告されている。したがって、Fe-Cr合金やステンレス鋼と同様に結晶粒微細化により耐食性の向上が期待できる。本研究ではCr含有量を系統的に変化させたCoCrFeNiMn合金、およびMnを除いたCoCrFeNi 合金を真空溶解により作製後、均質化処理を行った。その後、高圧ねじり加工（HPT）を６GPaの圧力下で10回転まで加工した。耐食性の評価は0.5M硫酸および3.5％のNaCl溶液中での分極試験によりそれぞれ全面腐食性および耐孔食性を評価した。その結果、CoCrFeMnNi合金ではCr含有量の増加に伴い硫酸溶液中での全面腐食に対する耐食性は向上したものの、NaCl溶液中での孔食電位の変化は小さい。さらに、結晶粒微細化の影響については、全面腐食および孔食電位共に変化は小さかった。 これに対して、CoCrFeNi HEAはCoCrFeNiMn合金よりも高い孔食電位を示すとともに、Crの増加に対する孔食電位の変化が大きい。また、Fe-Cr系合金で不働態化のCr下限値とされる約11％よりも低い6 %で不働態化が確認された。XPSを用いた不働態皮膜分析の結果、CoCrFeNi合金（Cr 20 at%）では不働態被膜中のCrの濃化が確認されたが、HPT材と未加工材ではその最大濃度に変化はなかった。以上の実験結果から、Mnは耐食性を低下させるとともに、結晶粒微細化の効果を抑えること、また、CoCrFeNi 合金の結晶粒微細化による耐食性の向上は、ステンレス鋼で観察される不働態被膜中のCr濃化ではないことが考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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