| 研究課題/領域番号 |
16K18263
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| 研究機関 | 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 |
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研究代表者 |
戸部 裕史 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (40743886)
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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 | 高温形状記憶合金 / マルテンサイト変態 |
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| 研究実績の概要 |
新規高温形状記憶合金の開発のため、合金の組成を調整することで、100℃以上の高温でマルテンサイトの逆変態が生じること（すなわちその温度で使用可能であること）、析出物形成でマトリクスの高温強度を増加させること、結晶構造を制御してマルテンサイト変態・逆変態を生じやすくすることを指針とした。1年目においては、チタン-ニッケル-ジルコニウム（TiNiZr）合金に対し、上記の指針を基にパラジウム（Pd）または銅（Cu）を添加し、マルテンサイト変態・逆変態特性を調べた。Pdを添加した合金においては、Zr濃度が25～35%かつPd濃度が15～25%程度の組成とその近傍では、マトリクスが二相の金属間化合物に分離してしまい変態を生じなくなることがわかった。一方で、100℃以上で逆変態がみられた組成では、Pdの添加は変態温度を一度低下させるが、その後上昇させることがわかった。また、結晶構造の制御に関しては、ZrとPdの添加は格子定数変化に対して相反する効果を持つことを明らかにすることができ、Zrを20%程度とし、Pdを50%と多量に添加した合金においては変態・逆変態も生じやすい傾向がみられた。一方で繰り返しの形状記憶特性が悪いという問題もみられ、今後の課題となった。また、Cuを添加した合金においても調査を行った結果、Cuの添加はPdの添加に比べて変態温度を低下させる効果が強いが、格子定数を変化させる効果も大きいことがわかった。これより、PdとCuを組み合わせることでさらに特性改善ができる可能性がある。以上より、実用可能な高温形状記憶合金の開発へつながる重要な知見を得た。
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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
1年目の計画においては、結晶構造・格子定数の最適化へ向けて、添加元素がβ角（マルテンサイト相の格子定数の一つ）に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。その結果、Zrを添加することでβ角が増加することが確認できた。また、β角を低下させると考えられたPdおよびCuを添加した結果から、いずれも添加によりβ角を低下させること、また、その効果はPdに比べてCuの方が大きいということが明らかとなった。このように、添加元素がβ角に及ぼす影響を明らかにできたことから、本年度は当初の計画通りに研究が進展していると考える。一方で、使用温度下での時効により析出した微細析出物により、繰り返し特性が悪くなる課題が出たため、当初の計画通り、2年目に析出物の制御を行い、改善を試みる予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2年目は、合金組成の調整や熱処理条件を変化させて、析出物の種類やサイズ、密度を制御することで、形状記憶特性を改善することを目的とする。1年目の結果から、使用温度下での時効により微細析出物が形成されマルテンサイト変態を阻害してしまうという課題が出た。そこで、合金組成を微調整することで、その析出物の形成を抑え、効果的な析出物のみを形成させることを試みる。また、もう一つのアプローチとして、熱処理条件を変化させて微細析出物を成長させ、変態を阻害させないようにすることを試みる。以上より、繰り返し特性の改善を試みる。
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