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，我们的目标是实现高熵合金 (HEA) 的高强度和延展性，同时保持 HEA 固有的优异机械性能，并建立抑制 HEA 疲劳断裂的指南。微观组织的均匀细化被认为是提高金属材料强度的有效方法。然而，就 HEA 而言，微观结构的均匀细化对于提高 HEA 的功能并无帮助，因为作为独特机械性能基础的孪生变形不太可能发生。因此，我们决定采用粉末冶金技术来制造奥氏体不锈钢（SUS）和HEA的具有三维周期结构的金属材料。具体而言，我们确认通过混合并烧结两种不同直径的粉末，可以周期性地改变烧结体内部的金属结构。研究还表明，可以通过改变粉末混合比来控制周期性结构的形态。此外，还进行了准静态拉伸试验和疲劳裂纹扩展试验，研究了微观组织对三维周期结构金属材料力学性能的影响。结果表明，周期性结构材料的拉伸性能大部分按照HEA和SUS的综合规律变化。然而，与复合规则相比，具有 30% 连接 HEA 网络的材料的断裂伸长率显示出更高的值。关于疲劳裂纹扩展特性，由于SUS的高电阻值，周期结构材料的裂纹扩展阻力与HEA相比增加，但与HEA相比，裂纹开闭程度降低。结果表明，周期结构材料的“表观”电阻值与HEA相当。