結晶方位制御による高性能単結晶形状記憶合金板材の創成

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05175
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 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)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: Cu-Al-Mn合金 / 形状記憶合金 / 時効 / 組織制御 / マルテンサイト変態

研究実績の概要

本研究では、熱的駆動アクチュエータの性能向上と用途拡大のため、Cu-Al-Mn形状記憶合金の板材に対して結晶方位制御手法を確立し、優れた特性を有する板材を安定して供給可能にすることを目的としている。1～2年目はステップ1として集合組織の強化を検討することとしており、初年度では集合組織形成に関わるパラメータとして、圧延加工前の組織に及ぼす熱処理条件の影響を調査した。受取材である多結晶板材（熱間・冷間圧延にて転位が導入されているもの）に対し、500～700℃程度での熱処理を施した場合、β相の粒界に球状のα相が析出し、その体積率は熱処理温度上昇に伴い減少した。800℃以上の熱処理ではβ単相がみられた。また、一度高温でβ単相とした後に、α相の析出する温度にて熱処理を施した場合、α相の形態は針状となりβ相粒内にも観察された。このようにα相形態と体積率を熱処理条件により制御できることがわかった。また、β単相とした試料に対し、150℃程度での低温での熱処理を施した場合は、5時間までの熱処理では析出物は確認されなかった一方で、2時間の時効時間まではマルテンサイト変態温度の上昇がみられ、その後はほぼ一定の変態温度となることがわかった。変態温度を上昇させた場合、その後の圧延加工の際には応力誘起マルテンサイト変態とマルテンサイト相での変形が生じることとなる。以上のように、受取材に条件を変えた熱処理を施すことによって、その後の圧延を、β単相での加工、α+β二相（形態は熱処理条件による）での加工、応力誘起マルテンサイト相での加工の3つの異なる条件下で行うことができる。加工集合組織の形成には加工を行う相の結晶構造が大きく影響するため、本成果は形成される加工集合組織の自由度を高めることにつながる。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新型コロナウイルス感染拡大防止のための緊急事態宣言下において、実験装置を使用できない期間が生じたことにより、当初の想定よりも進捗がやや遅れている。1～2年目にはステップ1として集合組織の強化を検討することとしており、2年目に研究を加速させるべく、材料素材や実験機器の調達は滞りなく行った。1年目には熱処理と内部組織との関連性を明らかにすることができ、2年目に計画する圧延加工集合組織形成を速やかに開始できる状況を達成できた。またこの成果は集合組織形成の自由度拡大につながる重要なものであり、2年目の研究をさらに推進させるものである。

今後の研究の推進方策

1年目には、新型コロナウイルス感染拡大の状況下にも研究を推進できるように準備を行ってきており、2年目は当初の計画と変更なく、集合組織の評価と単結晶化熱処理条件の検討を実施する。1年目の成果から圧延加工時に変形が生じる相を変化させることで、集合組織の制御を狙う。加工熱処理条件が集合組織形成へどのように影響するかを系統的に明らかにすることで、優れた方位を得る指針を確立する。