三次元周期構造制御した高エントロピー合金の創製とその損傷メカニズムの解明

三维周期结构控制高熵合金的制备及其损伤机制的阐明

基本信息

批准号：
22KJ1505
负责人：
藤田佳佑
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1505/
关键词：
金属疲労粉末冶金疲労き裂伝ぱ高エントロピー合金

项目摘要

本研究では，高エントロピー合金（HEA）を対象に，HEA本来の優れた力学特性を維持したまま高強度・高延性化を達成するとともに，HEAの疲労破壊抑制指針を確立する．金属材料の高強度化手法として，ミクロ組織の均一微細化が有効とされている．しかしながら，HEAの場合，特異な力学特性の根幹をなす双晶変形が生じにくくなるため，ミクロ組織の均一微細化はHEAの高機能化にとって有用ではない．そこで，粉末冶金技術を駆使し，オーステナイト系ステンレス（SUS）とHEAの三次元周期構造を有する金属材料を創製することした．具体的には，異なる直径を有する2種類の粉末を混合・焼結することで，焼結体内部の金属組織を周期的に変化させることが可能であることを確認した．また，粉末混合割合を変化させることにより，周期構造の形態を制御できることも明らかにした．また，三次元周期構造を有する金属材料の力学特性におよぼす微視組織の影響について検討を加えるため，準静的な引張試験および疲労き裂伝ぱ試験を行った．その結果，周期構造材の引張特性のほとんどはHEAとSUSの複合則に従って変化することが明らかとなった．ただし，HEAが連なったネットワークを30%有する材料の破断伸びは，複合則と比較して優れた値を示した．疲労き裂伝ぱ特性について，周期構造材料のき裂伝ぱ抵抗はSUS由来の高い抵抗値に起因してHEAと比較して上昇するが，き裂開閉口の程度はHEAと比較して低下した．その結果，周期構造材の「みかけ」の抵抗値はHEAと同等であることを明らかにした．

在这项研究中，我们旨在实现高强度和高延展性，同时保持HEAS的固有优质机械性能，并为抑制HEAS疲劳失败的指南。作为增加金属材料强度的一种方法，均匀的微观结构被认为有效。但是，在HEA的情况下，构成独特机械性能的基础的双变形型不太可能发生，因此统一的微观结构小型化对于改善重量功能没有用。因此，我们决定使用粉末冶金技术来创建具有奥氏体不锈钢（SUS）和HEA的三维周期性结构的金属材料。具体而言，已经证实，通过将两种类型的粉末与不同的直径混合和烧结，可以定期更换烧结体内的金属结构。还发现，可以通过改变粉末混合比来控制周期性结构的形态。此外，为了研究微观结构对具有三维周期结构的金属材料的机械性能的影响，进行了准静态拉伸测试和疲劳裂纹传播测试。结果，据揭示了周期性材料的大多数拉伸特性根据HEA和SUS的综合规则而变化。但是，与复合法相比，具有30％HEAS网络的材料中断时的伸长率显示出更高的值。关于疲劳裂纹的传播特性，由于SUS得出的高电阻值，与HEA相比，周期性结构材料的裂纹传播电阻增加，但是与HEA相比，裂纹开口和关闭程度降低了。结果，揭示了周期性结构材料的电阻值与HEA的电阻值相同。