不均一なナノ組織を持つ合金の方が優れた力学特性――京大、高強度・高延性のハイ・エントロピー合金を作製

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多種類の異なる元素から成るハイ・エントロピー 合金の模式図

京都大学は2018年2月19日、不均一なナノ組織(ヘテロ・ナノ組織)を持つ高強度・高延性のハイ・エントロピー合金の作製に成功したと発表した。試験片で計測したところ、均一なナノ組織を持つ合金よりも優れた力学特性を示したという。

ハイ・エントロピー合金とは、5種類以上の異なる元素をほぼ等原子数ずつ混ぜ合わせて作製した新しい概念の合金だ。本研究では、アルミニウム、コバルト、クロム、鉄、ニッケルを用いて作製した。

鋳造・凝固過程で2種類の異なる板状金属間化合物(平均サイズ200~250nm)が交互に並んだラメラ状組織を持つ合金を作製。液体窒素温度下で圧延と焼鈍を施したところ、引張強さ1562MPa、引張延性14%を達成した。

作製した合金は、再結晶により2つの相が等軸化した領域とラメラ組織を維持した領域により構成される複雑な不均一ナノ組織(ヘテロ・ナノ組織)を持つ。これまで報告されてきたさまざまなハイ・エントロピー合金の中でも、最高強度と最も優れた強度・延性バランスに相当するという。

ハイ・エントロピー合金は、異なる大きさの原子によって構成されることで結晶格子が歪み高い強度を示し、原子の拡散が抑制されることで高温での安定性も高い。そうした物性から、未来の高強度材料/高温材料として注目され、研究が進んでいる。

本研究成果はインド工科大学、スウェーデン・チャルマース工科大学、シエンタ・オミクロンとの共同研究によるもの。2018年2月19日に、イギリスの科学誌『Scientific Reports』に掲載された。

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