高強度、高延性をもつTi、Zr、Hf、Nb、Ta基ナノ準結晶合金の創製

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13305051
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 井上 明久 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10108566)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 木村 久道 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (00161571) ; 竹内 章 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (40250815) ; 張 涛 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (70250818) ; LOUZGUINE Dmitri 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60302212)
• Keywords: ナノ準結晶 / 高強度 / 高延性 / チタン / ジルコニウム / ハフニウム / ニオブ / タンタル

Research Abstract

ジルコニウム-アルミニウム-ニッケル-銅ガラス合金にニオブ、タンタル、バナジウムを添加することにより正二十面体準結晶相が生成することを明らかにした。液体急冷した金属ガラスを熱分析することにより、この正二十面体準結晶相は明瞭なガラス遷移の後の二段結晶プロセスにおける第一相として生成することを明らかにした。結晶化開始温度は、ニオブを含む合金で705K、タンタルを含む合金で710K、バナジウムを含む合金で702Kである。ニオブ、タンタル、バナジウムおよび貴金属元素の添加により、ジルコニウム-アルミニウム-ニッケル-銅ガラス合金でナノスケールサイズの正二十面体準結晶相が生成する理由は、準結晶相の析出のための核生成頻度の増加およびジルコニウム-アルミニウム-ニッケル-銅ガラス合金の中に短範囲規則が存在するためである。また、単ロール液体急冷法により、ハフニウム-ニッケル-銅-チタン系で金属ガラスが生成することを見出すとともに、この金属ガラスの熱分析結果から、二段の結晶化ピークの低温側の結晶化ピークが準結晶相の析出に対応することを明らかにした。生成する正二十面体準結晶相のサイズは20から40ナノメートルである。等温焼鈍により正二十面体準結晶層は安定層へと相変態することから正二十面体準結晶相は準安定相であることを明らかにした。さらに、液体急冷したジルコニウム-パラジウム二元系合金で初相として準結晶が生成し、そのサイズは十ナノメートル以下で均一分散して生成することを見出すとともに、ニッケルの添加によりこの二元系準結晶相が安定化することを見出した。これらの金属ガラスに見られる正二十面体準結晶相の析出は、構成元素の化学的な類似性により説明することが可能である。

Research Products

• [Publications] J.Saida, A.Inoue: "Icosahedral Quasicrystalline Phase Formation in Zr-Al-Ni-Cu Glassy Alloys by Addition of Nb, Ta and V Elements"J. Phys. Cond. Matter.. 13. L73-L78 (2001)
• [Publications] C.Li, J.Saida, A.Inoue: "Precipitation of Nano-Scale Icosahedral Quasicrystalline Phase in Hf-Al-Ni-Cu Metallic Glass Promoted by Addition of Ti"Scr. Mater.. 44. 1257-1260 (2001)
• [Publications] L.Wang, C.Li, A.Inoue: "Formation of a Single Icosahedral Quasicrystalline Phase in Hf_<60>Ni_<15>Cu_<10>Ti_<15> Metallic Glass"Journal of Alloys And Compounds. 325. 7-10 (2001)
• [Publications] C.Li, L.Wang, A.Inoue: "Precipitation of Nanoscale Icosahedral Quasicrystalline Phase in Amorphous Hf_<70>Cu_<20>Pt_<10> alloy"J. Mater. Sci. Lett.. 781-783 (2001)
• [Publications] J.Saida, M.Matsushita, C.Li, A.Inoue: "Formation of the Icosahedral Quasicrystalline Phase in Zr_<70>Pd_<30> Binary Glassy Alloy"Phil. Mag. Lett.. 81. 39-44 (2001)
• [Publications] C.Li, A.Inoue: "Precipitation of Nano-Scale Icosahedral Quasicrystalline Phase Amorphous Hf_<73>Pd_<27> Alloy"Mater. Trans.. 42・1. 176-178 (2001)