| 研究課題/領域番号 |
14102030
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究分野 |
構造・機能材料
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
石田 清仁 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (20151368)
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| 研究分担者 |
貝沼 亮介 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20202004)
大沼 郁雄 東北大学, 大学院工学研究科, 助教授 (20250714)
山内 清 東北大学, 先進医工学研究機構, 教授 (70375202)
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| 研究期間 (年度) |
2002 – 2006
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| キーワード | インバー合金 / 熱膨張 / 形状記憶合金 / 二方向性形状記憶合金 / Cu-Zn-Al合金 / インテリジェント材料 |
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| 研究概要 |
合金の熱膨張係数は一般に融点に反比例するので、材料固有のものでありその制御は極めて困難であると考えられている。本研究は従来の常識を越え、相変態を利用して熱膨張係数を制御する方法を確立することを目的とするものである。
熱弾性型マルテンサイト変態を生じる合金では、過度の歪を与えると加熱・冷却で可逆的に形状が変化する二方向形状記憶効果が得られる。この効果が加工によってどのように変化するかを定量的に調査し、Cu-Zn-Al合金において、冷間圧延により変態ヒステリシスが広がり、9%の圧延で熱膨張係数がほぼ0%となることが明らかになった。また、冷間圧延をクロス圧延とすることにより、一方向のみならず圧延面のどの方向に対しても熱膨張係数をほぼゼロとすることができた。さらに、α+β2相合金とすることで冷間加工性を大幅に改善し、高導電性のCu基インバー合金を作製することができた。
結晶粒径と熱膨張特性の関係を調査したところ、粒径が大きくなるほど低熱膨張発現に必要な冷間圧延率は大きくなり、これをClausius-Clapeyronの関係を用いて熱力学的に解析をして低熱膨張特性を得るための手法を確立した。単結晶試料を用いた実験では低熱膨張特性がマルテンサイト制御によるものであることがわかり、その発現機構が明らかとなった。
応用に関する研究として低熱膨張特性の熱安定性について調査を行い、-190℃〜90℃の間で500回の温度サイクルを行っても同様の熱膨張係数が得られ、加熱・冷却の繰り返しにも安定であることがわかった。また、一定温度における耐熱性の評価を行ったところ、80℃までの使用が可能であることが明らかになった。以上の研究成果を基に、Cu基インバー合金のプリンター用機械部品を試作し、その適用を検討している。
また、派生的成果として、マルテンサイトバリアント制御による高減衰能化やベイナイト変態を用いた疲労強度の改善、超塑性現象の発現などの成果を得ることができた。
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