異常に小さい変態エントロピー変化を有するＦｅ－Ｍｎ基合金のＢＣＣ相からの相転移

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23686097
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 大森 俊洋 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60451530)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: マルテンサイト変態 / 形状記憶合金 / 超弾性 / 析出

研究概要

Fe-Mn-Al-Ni合金において熱弾性型マルテンサイト変態と超弾性を得るには、NiAlのナノ析出が不可欠であることが示された。そこで、Ni濃度を変化させ、CTEM、HAADF-STEMを用いてNiAl析出とマルテンサイト変態の関係を調査した。
Fe-Mn-Al3元系では母相はA2、マルテンサイト相はFCC(A1)であったが、Niを添加するにつれ、母相はA2+B2、マルテンサイト相は周期的な回折スポットが観察されるようになった。そこで、7.5Ni合金をHAADF-STEMにより観察したところ、約10nmのB2相が整合析出していることが観察された。マルテンサイト相内においてB2析出粒子は90°から約5°シアーしていた。一方で、マルテンサイト相はFCC構造であったが、ナノツインが導入されていることがわかった。明確なツイン導入の周期性は見られなかったが、このツイン導入により、モノクリニックアングルに対応する角度が109.5°から95°に小さくなっていた。この角度はNiAl粒子のシアー角と同じであり、両者が整合を保っているため、相互作用が働いていると考えられる。このような状況において、マルテンサイト変態における原子移動の可逆性が生まれていると考えられ、熱弾性型マルテンサイト変態におけるNiAlナノ粒子の役割を明らかにすることができた。
さらに、形状記憶効果のNi濃度依存性を調査したところ、NiAlが析出して熱弾性型変態が得られる約5%Niを境にして、高Ni濃度において形状記憶特性が得られることがわかった。

現在までの達成度 (区分)

理由

25年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of Grain Size on Superelasticity in Fe-Mn-Al-Ni Shape Memory Alloy Wire (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Omori, M. Okano, R. Kainuma
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 1 ページ: 032103
  • DOI: 10.1063/1.4820429
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetotransport Properties of Fe48Mn24Ga28 Heusler Alloys (2013)
  • 著者名/発表者名: V. V. Khovaylo, T. Omori, K. Endo, X. Xu, R. Kainuma, A. P. Kazakov, V. N. Prudnikov, E. A. Gan’shina, A. I. Novikov, Yu. O. Mikhailovsky, D. E. Mettus, A. B. Granovsky
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 ページ: 174410
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.87.174410
  • 査読あり
• [学会発表] 鉄系形状記憶合金における最近の進展と超弾性特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大森俊洋、石田清仁、貝沼亮介
  • 学会等名: 第154回日本金属学会春期大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20140321-23
• [学会発表] Microstructure and Martensitic and Magnetic Transformations in Fe-Mn-Al-Ni Shape Memory Alloy (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Omori, M. Nagasako, R. Kainuma
  • 学会等名: ICFSMA 2013
  • 発表場所: Boise, USA
  • 年月日: 20130603-07
• [備考] 東北大学貝沼研究室
  • URL: http://www.material.tohoku.ac.jp/~seigyo/lab.html