| 研究課題/領域番号 |
19H02466
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| 研究機関 | 静岡理工科大学 |
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研究代表者 |
藤原 弘 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (80320117)
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| 研究分担者 |
感本 広文 静岡理工科大学, 理工学部, 教授 (20273328)
川畑 美絵 (太田美絵) 立命館大学, 総合科学技術研究機構, 准教授 (30710587)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 調和組織制御 / 粉末冶金 / メカニカルミリング / 放電プラズマ焼結 |
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| 研究実績の概要 |
金属材料において、強度と延性は二律背反の関係にあり、高強度と高延性の両立は難しいとされてきた。そこで、これらの性質を両立しうる金属材料として、ハイエントロピー合金(High Entropy Alloy以下HEA)が近年注目されている。また、HEAと同様に強度と延性を両立するとされる調和組織制御法が知られている。本研究では、HEAの性能を最大限に引き出すための最適な組織制御を明らかにすることを目指し、HEAのCantor合金を調和組織材料の超微細結晶粒領域(以下Shell)に配置し、CoCr合金を粗大結晶領域(以下Core)に配置した複合調和組織材料を作製し、微細組織と機械的特性を評価した。
Cantor合金粉末とCoCr合金粉末が3：7重量比の混合粉末を、Ar雰囲気で200rpm、50h でメカニカルミリング処理をした。放電プラズマ焼結装置を用い、100MPaで1223k、1.8ksで焼結した。SEM／EBSDによる微細組織観察および引張試験による力学特性評価を行った。
Cantor合金/CoCr合金複合調和組織材料はネットワーク状のCantor合金で構成されているShell部と、のCo-Cr合金で構成されているCore部が島状に分散していた。Shell部は3μm程度の等軸状結晶粒で、Core部は100～200μm程度の細長いラス形状を呈した結晶粒であった。また、Shell部のCantor合金がFCCで構成されているのに対して、Core部のCoCr合金の大部分はHCPで構成されていることが分かった。
引張試験の結果から、今回作製したCanter合金/CoCr 合金複合調和組織材料はCoCr 合金単体よりも、0.2%耐力が高く、引張応力、破断伸びはいずれも低かった。これは、本来軟質相であるべきのCo-Cr合金が焼結過程でHCP相に変態したためであると考えられる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
２０２０年度はコロナ禍のため、実験が予定通り行えず、当初期待していたほどの結果は出せなかった。実験の実施不足である。しかしながら、作製予定であったHEA／LEA複合調和組織の作製には成功しており、力学特性評価も行うことはできた。本来であれば、種々の条件でHEA／LEA複合調和組織材料を作製し、力学特性評価により、最適な組織制御の検討を行う予定であった。
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| 今後の研究の推進方策 |
Canter合金/CoCr合金複合調和組織材料の創製には成功した。しかしながら、力学特性は特別に優れたものではなかった。この原因を考察した結果、高強度と高延性バランスのためには、Core部に配置したCoCr合金の焼結時におけるHCPへのマルテンサイト変態を防止する必要があることが分かった。対策として焼結時の冷却時間の調整や、CoCr合金を別材料へ置き換える必要がある。
今年度の研究により、HEAを用いてネットワーク部（Shell部）と分散部（Core部）に異なる材料を配置した複合調和組織材料の創製は可能であることが明らかになった。この知見を用いて、次年度は異なる種類のHEA同士の複合調和組織材料を作製することも行う予定である。従来HEA材よりも力学特性に優れた、HEAの力学特性を最大限に引き出すことに最適な微細組織制御を明らかにするため、種々の組み合わせを検討し、力学特性評価を行う予定である。
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