ハイエントロピー合金の粒界形態の階層性から探る新しい高温高強度発現メカニズム

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本研究は，ほぼ等量ずつの5種類以上の元素から構成される結晶性の合金であるハイエントロピー合金（HEA）が示す優れた高温高強度特性の発現メカニズムについて，粒界と呼ばれる結晶方位の異なる隣接粒間の界面における原子スケールでの挙動に焦点を当てて探究することを目的とするものである．本年度は，当初から予定していたHEAの粒界形態の解析と，粒界形態と粒界移動抵抗の関係に関する検討を主に行った．前年度に解析対象とした等モル組成のHEAに加えて，粒界に偏析する元素濃度を様々に変えた非等モル組成のHEAも解析の対象とし，偏析元素濃度が粒界の形態と粒界の移動抵抗に与える影響を系統的に調査した．移動中の粒界面を局所領域に分割し，その領域内の構成元素の割合と局所粒界面の位置の計算を通して，粒界面の形状や，形状と構成元素の濃度の関係を検討した．本解析の結果，粒界は平面を保ちながらではなく，数ナノメートルオーダーの周期で面外方向に揺らぎながら移動することがわかった．そして，粒界面の揺らぎの分布と構成元素の分布の間には小さな相関が見られた．すなわち，局所的な粒界面の移動が遅滞し粒界が張り出している位置には，粒界に偏析しやすい元素が多く存在していることがわかった．このことは，粒界偏析が粒界の移動を遅滞させ粒界移動抵抗を上昇させていることを示唆している．またこの結果は，HEAの局所元素組成の揺らぎに起因した粒界の形態変化が粒界移動抵抗の上昇という力学特性の向上に対して関連があることを示す重要な結果である．その一方で，以上で述べた研究成果は，溶質原子を微量だけ含む従来型の希薄系合金でも生じうる現象である．そのため粒界移動現象におけるHEA特有の多成分性の効果について詳細な検討が重要である．よって，本年度の後半からは，従来合金で構築された理論に基づきHEAの多成分性の効果を理解するための検討を開始している．