2012 Fiscal Year Annual Research Report
混乱原理に基づく高エントロピー・バルク金属ガラスの創製、性状の解明と応用化
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24360284
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
竹内 章 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (40250815)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 嘉彦 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00261511)
湯葢 邦夫 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00302208)
陳 娜 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (30532171)
王 軍強 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助手 (80601385)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 高エントロピー合金 / バルク金属ガラス / 合金設計 / 混合エンタルピー / 原子寸法差 / 周期律表 / 体心立方構造 / 金属間化合物 |
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| Research Abstract |
本年度は、前期遷移金属(ETM)および後期遷移金属(LTM)の組み合わせに着目して、新規高エントロピーバルク金属ガラス(HE-BMG)の作製を試みた。予備調査の結果、液体急冷法で作製した試料厚さ約20マイクロメートルのTi_<20>Zr_<20>Pd_<20>Cu_<20>Ni_<20>ガラス合金が得られることが明らかになった。このTi_<20>Zr_<20>Pd_<20>Cu_<20>Ni_<20>合金はETM-LTMの組み合わせにおいて(ETM)_<40>(ETM)_<60>の比率であり、2002年にMaらが報告したTi_<20>Zr_<20>Hf_<20>Cu_<20>Ni_<20>合金の(ETM)_<60>(LTM)_<40>と異なる新規分類のガラス合金である。この結果に基づき、合金組成を微少に変化させてバルク金属ガラス化が可能かどうか調査した結果、直径1ミリメートルのTi_<20>Zr_<20>Pd_<20>Cu_<30>Ni_<10>合金がほぼガラス相単相で得られることが明らかになっだ。このTi_<20>Zr_<20>Pd_<20>Cu_<30>Ni_<10>合金に対して、遷移金属以外の添加元素がガラス形成能に与える効果を調査した。その結果、Alを他の遷移金属に対して半分のモル量添加したAl_<0.5>TiZrHfPdNi合金は、銅鋳型鋳造法で直径1.5ミリメートル棒材として作製した場合、体心立方格子(bcc)単相として得られることが明らかになった。このbcc相Al_<0.5>TiZrHfPdNi合金の混合熱(ΔHmix)と原子寸法差を表すデルタパラメータ(δ)を計算した結果、それぞれ、-31.6kJmol^<-1>および9.9であり、これらの値は、従来、高エントロピー合金が作製されると報告されている値よりも、△佐旗は負に大きく、δは正に大きい示すことが明らかになった。したがって、ETM-LTMの組み合わせに着目して研究を行ったガラス合金から派生して得られたbcc相Al_<0.5>TiZrHfPdNi合金は、全く新しいタイプの高エントロピー合金であることが明らかになった。この他、Miedema法で取扱いが可能な73元素を基に、ΔHmixとδを統計計算して、1500万以上の5元型等原子分率合金の組み合わせから、高エントロピー合金、高エントロピーバルク金属ガラスの候補の抽出に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Ti_<20>Zr_<20>Pd_<20>Cu_<30>Ni_<10>合金がほぼガラス相単相で得られることが明らかになり、基本的に高エントロピーバルク金属ガラスの合金設計に間違いがないことが明らかになった。また、副次的な発見として、Al_<0.5>TiZrHfPdNi合金が新規の高エントロピー合金であることが判明した。さらに、計算機科学を利用した統計科学的手法に基づく合金開発が飛躍的に進展して、これまで、不可能であった高エントロピー合金の候補合金の選定が可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間の2年目には、希土類元素を中心とした構成元素から高エントロピーバルク金属ガラスの開発を行う計画である。計算機科学を利用した高エントロピーバルク金属ガラスの合金開発方法の更なる改良を目指すとともに、開発した高エントロピーバルク金属ガラスの特性を調査して、本研究課題の最終目標である応用化の実現に向けて舵を取る。
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