極低温で利用できる巨大弾性バルク合金の開発　－水素社会を支える金属シール材料－

开发可在极低温度下使用的巨型弹性块状合金 - 支持氢社会的金属密封材料 -

基本信息

批准号：
22K14498
负责人：
許勝
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度では、室温巨大弾性歪を示すCu-Al-Mn単結晶合金試料に対して、J-PARCでのその場中性子回折実験結果を解析し、試料内部の結晶学的な変化を調査した。その結果、Cu-Al-Mn合金における大きな可逆歪みの本質は、形状記憶合金の「擬弾性変形」を引き起こすマルテンサイト変態と関係なく、母相の体心立方構造を保ったまま可逆的な格子歪みが生じた真の弾性変形であることがわかった。また、合金単結晶の室温弾性定数を測った上で、様々な主要方位を有する単結晶試験片の引張試験を行った。その結果、<100>方位近傍では巨大弾性歪みと応力―歪み関係の非線形性を見出したが、<110>及び<111>方位では普通の弾性挙動である線形かつ小さな弾性変形が確認された。このことから、本合金における室温巨大弾性歪現象は立方晶の低い正方晶せん断弾性率と関連していることが判明した。さらに、第一原理計算とランダウ理論に基づいた解析も行って、エネルギー論観点からその非線形巨大弾性歪現象は格子非調和性によるものがわかった。以上の結果により、大きな弾性歪みを生じさせるために、<100>方位を有する単結晶が不可欠であることがわかった。<100>単結晶の作製のために、一方向凝固とサイクル熱処理の組み合わせという手法を提案した。また、異常粒成長を利用した大きな単結晶材の作製を効率化させるために、サイクル熱処理条件の最適化試験を行った。その結果、サイクル熱処理の冷却・加熱速度を遅くすることで異常粒成長現象を生じやすいことがわかった。最適化した熱処理条件を利用して6cm程度長さの板状<100>単結晶試験片の作製は比較的容易に出来た。

在今年，我们分析了使用J-PARC在CU-AL-MN单晶合金样品上使用J-PARC进行原位中子衍射实验的结果，该样品在室温下表现出巨大的弹性应变，并研究了样品内部的晶体学变化。结果，发现Cu-Al-Mn合金中大型可逆菌株的本质是一种真正的弹性变形，导致可逆的晶格失真，同时保持母体相位的身体以身体为中心的立方体结构，而不管造成伪弹性的“伪弹性”的形状弹性变形”。此外，在测量合金单晶的室温弹性常数后，对具有各种主要方向的单晶样品进行了拉伸测试。结果，我们发现<100>方向附近的巨大弹性应变和应力 - 应变关系的非线性，但是在<110>和<111>方向上观察到了正常弹性行为的线性和小弹性变形。这表明该合金中的室温巨型弹性应变现象与立方晶体的低四方剪切模量有关。此外，基于第一个原理计算和兰道理论的分析已经进行，从充满活力的角度来看，非线性巨型弹性菌株现象是由于晶格的过度性抗衰变引起的。以上结果表明，具有<100>方向的单晶对于产生较大的弹性应变至关重要。 <100>为了制备单晶，提出了单向固化和循环热处理的组合。此外，为了使用异常的晶粒生长提高大型单晶材料制造的效率，为循环热处理条件进行了优化测试。结果，发现当循环热处理的冷却和加热速率放慢时，可能会发生异常的谷物生长现象。使用优化的热处理条件，准备大约6厘米长的板状单晶样品相对容易。