2015 Fiscal Year Annual Research Report
著しい格子軟化を利用した弾性熱量効果―新しい冷凍材料としての可能性
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26289230
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
福田 隆 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50228912)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 金属物性 / 構造・機能材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Fe-Pd合金ならびにFe-Pt合金は，温度低下に伴い立方晶から正方晶へと弱い１次のマルテンサイト変態を示す．これらの合金におけるマルテンサイト変態は弾性定数C'の顕著な軟化を伴うため，[001]方向のヤング率もまた極めて顕著な温度依存性を示す．そのため，一定応力下における弾性歪が温度に大きく依存する．このような場合，熱力学におけるマクスウェルの関係より，応力付加ならびに応力除去にともなう顕著な熱量効果が現れることが期待できる．本研究は，上記の弾性熱量効果を実証することを目指している．
これまでに，Fe-31.2Pd合金単結晶を育成し，[001]方向に圧縮応力を付加する際に数Kの温度上昇と応力を除去する際に同程度の温度低下が生じることを確認した．また，この効果の試料温度依存性ならびに最大負荷応力依存性を系統的に調査するとともに，これらの温度変化のうち，試料の潜熱に依存する部分と純粋な弾性変形に依存する部分への分離も行った．さらに，応力付加に伴い，弾性定数がどのように変化するかを共振法により評価した．その結果，応力下では軟化する変形モードと硬化する変形モードがあることを見出した．加えて，応力下での中性子回折を行い，格子定数が応力下でどのように変化するのかを調査した．
Fe-Pt合金についても単結晶を用いて，[001]方向に圧縮応力を付加・除去することで，数Kの温度変化が実現できることを確かめた．
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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
Fe-31.2Pd合金の弾性熱量効果について系統的な実験データを得ることに成功し，国内学会ならびに国際学会において成果を報告するとともに，学術誌Acta Materialiaに論文を投稿し，受理された．さらに，応力下での弾性定数の測定にも成功しその結果をActa Materialia に投稿し，受理された．また，応力下での格子定数の測定にも成功し，現在その成果を取り纏めている最中である．加えて，Fe-Pt合金についても，弾性熱量効果の検出に成功し，その成果を取り纏めている最中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは，圧縮応力の付加・除去により顕著な弾性熱量効果が現れることを，Fe-Pd合金ならびにFe-Pt合金を用いて実証してきた．今後は，引っ張り応力下においてどの程度の弾性熱量効果が実現可能であるのかを系統的に調査する．また，弾性熱量効果を実用化する際には，疲労特性が重要となると考えられる．そこで，繰り返し応力付加に伴う疲労特性についても，調査を行う予定である．
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| Causes of Carryover |
試料作製に用いる高純度金属材料や測定の際に用いる寒剤が想定していたよりも少ない量で済んだ．また，予定していた装置のメンテナンスも，延期することができた．これらの理由により，予定していた研究を遂行しながらも，予算の一部を次年度に繰り越すことができた．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本年度は，単結晶引っ張り試験片を大量に作製する必要がある．また，昨年度以上に寒剤を用いた実験を行う必要がある．さらに，前年度から延期した装置のメンテナンスも行う必要がある．繰越金は，これらの用途に利用する予定である．
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