| 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 |
18H05452
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
加藤 秀実 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80323096)
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| 研究分担者 |
和田 武 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (10431602)
西山 宣正 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任准教授 (10452682)
武藤 浩行 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20293756)
武藤 泉 東北大学, 工学研究科, 教授 (20400278)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| キーワード | ハイエントロピー合金 / 金属ガラス / 耐食性 / 超高圧合成 / ヘテロ構造 |
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| 研究実績の概要 |
【HE合金のナノ多孔・複合化】(TiVNbMoTa)75Ni25前駆合金をMgまたはMg90Ca10液体に浸漬する金属溶湯脱成分により、2相のBCC型固溶体の混相で形成されるポーラスHE合金の作製に成功した。その最小リガメントサイズは10 nmに達しており、ポーラスハイエントロピー合金では純金属や単純合金の従来材に比べてポーラス構造が1から2桁微細化することが分かった。
【HE耐食合金設計】HE-CoCrFeMnNi等モル合金を作製し、1M H2SO4中での耐食性を評価した。当該合金は、SUS304と比較して、不働態化完了電位が低く、二次不働態化が明瞭に現れるが、過不働態溶解が起こりやすいことが分かった。
【等比多成分系セラミックスの超高圧合成】高圧安定物質をHE効果によって常温常圧下に取り出し物性研究をすることを目指して、コチュナイト型ZrO2およびHfO2の合成を試みた。圧力15.6万気圧、温度800から1400℃では、コチュナイト型ジルコニアの合成に成功した。
【等比多成分系セラミックスの新規ヘテロ構造化】HEセラミックス（HEOs、HECs）の開発に先立ち、出発原料粒子の集積化技術に関する基礎的な検討を行った。提案する顆粒化技術により異種粉末が均質に混合した複合顆粒を作製するためのコロイドプロセスを確立することができた。
【HE合金のバルク金属ガラス化】7元合金の非等モル合金探査によってBeを含まない合金において直径18 mmのガラス形成能と1.77Rの配置エントロピーを有するZr-Hf-Ti-Al-Co-Ni-Cu合金を発見した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
H30年度は「研究実績の概要」に記した通り、各分担者がそれぞれの研究課題において、当初の研究計画通りにハイエントロピー材料の創製研究に着手し、ハイエントロピー材料を合成するための各技術の確立や、それに基づいた新物質合成に取り組んだ。H30年度において既にいくつかの新規ハイエントロピー材料の創製に成功しており、それらの成果は論文投稿が完了した。
また、研究会などを通して班員同士がコミュニケーションをとる機会が増えたことで班内共同研究が開始した。班員同士がハイエントロピー新材料創製と新機能創出という一つの目標に向けて有機的に連携しはじめており、班全体として研究はおおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
【ナノ多孔およびナノ複合化】昨年度の研究で見出した超微細TiVMoNbTaナノポーラスHEAにおいて、リガメント成長を大幅に抑制した原因を詳細に検討を進めるとともに、その諸性質について明らかにする。また、FCC系のナノポーラスHEAの作製を試みる。
【バルク金属ガラス化】合金液相のハイエントロピー化と競合結晶相のローエントロピー化により、ガラス形成能の高いハイエントロピーバルク金属ガラスを開発する。また、班内、班外共同研究を通してガラス相や競合結晶相の熱力学計算を行い、ガラス形成能に及ぼすハイエントロピー効果を理解し、合金開発を加速させる。
【等比多成分系セラミックスの超高圧合成】ジルコニアおよびハフニアを両端成分とするコチュナイト型ZrO2-HfO2の合成を目指す。その後、さらに複雑な化学組成を持つ(Zr0.2Sn0.2Ti0.2Hf0.2Y0.2)O2の合成に取り組む。 ハイエントロピー効果でこの構造を準安定的に回収することを目指し、その力学特性を明らかにする．
【等比多成分系セラミックスの新規ヘテロ構造化】昨年度の研究で確立した異種粉末が均質に混合した複合顆粒を作製するためのコロイドプロセスを用いて多元系の複合顆粒の作製し、目的とする組成のハイエントロピーセラミックス（酸化物・炭化物）の開発を目指す。
【超過酷腐食耐性合金およびその設計理論の構築】ハイエントロピー合金の高耐食化指針の導出のため、本年度は、1)均質化熱処理などによる組織の作り込みと、SEM/EDSなどによる試料のキャラクタリゼーション、2)定電位腐食試験による耐食性の評価、3)表面分析による一次および二次不働態皮膜の解析などを進める。特に、ハイエントロピー効果による耐食性向上が現れる「電位域」の特定と、その原因解明(金属溶解の活性化エネルギー あるいは皮膜形成)を行う。
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