| 研究領域 | バルクナノメタル ー常識を覆す新しい構造材料の科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
22102004
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
堀田 善治 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20173643)
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| 研究分担者 |
土谷 浩一 独立行政法人物質・材料研究機構, 元素戦略材料センター, センター長 (50236907)
飴山 惠 立命館大学, 理工学部, 教授 (10184243)
山崎 徹 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30137252)
三浦 博己 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30219589)
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| 研究期間 (年度) |
2010-06-23 – 2015-03-31
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| キーワード | 巨大ひずみ / 多軸鍛造 / 粉末加工 / 電解析出 / ナノ結晶 / 金属間化合物 / 調和組織材料 / 変形双晶 |
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| 研究概要 |
平成25年度も、当初の計画に沿って巨大ひずみプロセス、多軸鍛造プロセス、粉末加工プロセスをはじめ、ひずみが介入しない電解析出プロセスを用いてナノメタルを作製した。
水素貯蔵合金として注目されるTiFe合金にHPT加工を施し、ナノ結晶化を図ることで活性化処理することなく水素の吸脱が可能になり、その汎用性が大幅に改善されることを明らかにした。Zr系金属ガラスのHPT加工による構造若返りの温度依存性、チタン合金、マグネシウム合金のHPT加工による組織極微細化と相分離挙動の変化について研究を行った。たとえば、Mg-2.4at%Zn合金のHPT加工では加工中にナノサイズの微細なMgZn2相が析出し、粒界をピン留めすることで粗大粒化が抑制され、150 nm程度の微細粒が得られる事が明らかになった。粉末冶金法と超強加工プロセスを利用して、高強度と高延性・高靱性を両立するナノ・メゾ複合組織材料を創製し、組織形成機構を明らかにすると同時に、その力学特性発現機構を明らかにした。銅合金やマグネシウム合金を多軸鍛造することにより結晶粒超微細化を図り、その機械的性質について調べた。さらに強圧延による組織と機械的性質についても調査し、多軸鍛造材で組織の超微細化や機械的特性が向上することを確認した。電析法によれば、W濃度を15～17%に制御し、かつ、ブラッシング法を用いて電析Ni-W合金を作製することより、引張り強度3GPaを有しつつ、最大6%程度の塑性伸びを有する材料を開発することが出来た。透過電子顕微鏡や、SPring8放射光を用いた実験により、開発したNi-W合金の組織は粒径約5nmのナノ結晶とアモルファスの二相組織となっており、引張り変形中にナノ結晶が変形誘起粒成長することによって、逆Hall-Petchの関係に沿って硬化しながら塑性変形が進行することが明らかになった。
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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
HPT加工を施すことでTiFe水素貯蔵合金はナノ結晶化でき、活性化処理することなく水素の吸脱が可能になり、水素貯蔵という機能特性を改善することができた。また、TiやCoはナノ結晶化することで、予測とは異なる結晶構造が安定に存在することが確認でき、ナノ結晶組織に特異な結晶構造が存在することを明らかにした。Zr系金属ガラスのHPT加工による構造若返りの温度依存性を示すことができ、チタン合金やマグネシウム合金の組織極微細化と相分離挙動の変化について明らかにすることができた。粉末冶金法と超強加工プロセスを利用して、高強度と高延性・高靱性を両立するナノ・メゾ複合組織材料を創製し、組織形成機構を明らかにすると同時に、その力学特性発現機構を明らかにした。銅合金やマグネシウム合金の多軸鍛造で組織の超微細化や機械的特性が向上することを確認できた。電析プロセスを駆使して、引張り強度3GPa、最大約6%の塑性伸びを有する材料を開発することができた。さらにこの開発したNi-W合金の高強度・高延性のメカニズムを明らかにできた。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度も、巨大ひずみプロセス、多軸鍛造プロセス、粉末加工プロセスをはじめ、ひずみが介入しない電解析出プロセスを用いてナノメタルを作製する。
共通試料として準備したC-Zn, Cu-Sn, Ni-Co合金をHPT加工で微細化し、固溶元素がナノ結晶粒化に及ぼす影響について調べる。またナノ結晶粒中での水素の挙動を調べ、水素トラップサイトや拡散経路について調べ、水素貯蔵特性の向上を図る。
チタン合金ではスウェージングなどの汎用加工による極微細化による強度－延性バランスの改善を図る。またMg-Zn合金についてはHPT加工中の析出と結晶粒微細化の機構の詳細を解明するとともに、力学特性についても明らかにする。
粉末冶金プロセスと超強加工プロセスとを融合させ、高機能性材料を創製する。平成26年度は、アルミニウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼等の種々の金属材料について、結晶構造、積層欠陥エネルギーの大小、第２相生成等の観点から詳細な検討を行う。特に、変形機構についてマルチスケール有限要素法解析、画像相関法等を用いた詳細な検討を行う。
各種金属・合金の多軸鍛造および強圧延材を作製し､特に熱的安定性や時効硬化挙動について調査する。また大型サンプルも作製し、小型サンプルとの機械的性質の違いについても比較検討する。
Ni-Wナノ結晶/アモルファス二相合金では、ナノ結晶サイズや、ナノ結晶とアモルファスの比率、アモルファスの安定性を制御することにより、強度と延性のさらなる改善を図る。また、電析Co-W合金や金属ガラスなどでもナノ結晶/アモルファス二相化による高強度高延性化を図る。
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