| 研究課題/領域番号 |
16K17987
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| 研究機関 | 鹿児島工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
徳永 仁夫 鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70435460)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 形状記憶合金 / マルテンサイト変態 / 金属間化合物 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，(１)100℃を超える高温域で形状記憶効果を発揮する，(2)形状回復温度が添加元素の種類と濃度によって制御できる，という2つの特徴を持つ新規機能性材料を開発することである．これを達成するために，およそ250℃で形状回復効果を示す金属間化合物ZrCuに着目する．これまでに，アーク溶解法でジルコニウム（Zr）と銅（Cu）を主原料とする合金を作製した．まず，等原子比Zr-Cu合金に第3元素としてアルミニウム（Al)を添加したZr-Cu-Al合金を作製し，Al濃度が材料組織に及ぼす影響をX線回折で調べた．その結果，Al濃度が0から6at.%の範囲において，いずれの材料中にも金属間化合物ZrCuが形成されることを確認した．さらに，Al濃度が高くなると，ZrCuの結晶構造に変化が見られた．すなわちAlを含まないZr-Cu合金ではZrCuのマルテンサイト相のみが形成されるのに対して，Alを含むZr-Cu-Al合金では，ZrCuのマルテンサイト相に加えてペアレント相が形成され，Al濃度が高いほどZrCu(P)の分率が増加することが分かった．さらに，作製したZr-Cu-Al合金のマルテンサイト変態温度と逆変態温度に及ぼす影響を示差走査熱量分析で調べた．その結果，マルテンサイト変態開始（Ms）・終了（Mf）温度およびマルテンサイト逆変態開始（As）・終了（Af）温度のいずれの値もAl濃度の増加に伴い低下する，すなわちZrCuの形状回復効果が現れる温度をAl濃度によって制御できることを見出した．また，機械的性質としてビッカース硬さ試験を行った．その結果，Zr-Cu-Al合金の硬度はAl濃度に依存し，ペアレント相の体積分率が高いほど硬度が低下することが明らかとなった．
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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
Zr-Cu系合金の材料組織およびマルテンサイト変態温度（MS，Mf，As，Af）を添加元素（Al）によって制御できることを明らかにした．また，ZrCuにおけるAlの固溶限は6at.%程度であることが示唆された．Alの添加量が0at.%の場合，ZrCuのAs点は250℃であるのに対して，6at.%Alを添加したZrCuでは，As=100℃であることから，100から250℃の範囲で形状回復開始温度を制御可能である．
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続きアーク溶解法で作製したZr-Cu-Al合金の形状記憶特性に関する調査を行う．特に，機械的性質と熱サイクルに注目し研究を進める．機械的性質では，引張試験を実施し，ヤング率，引張強さ，可逆変形可能なひずみの最大値などを明らかにする．また，熱サイクル試験を実施し，形状記憶効果に及ぼす熱サイクルの影響を明らかにする．
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