薄膜形状記憶材料としての鉄系合金の可能性

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非鉄合金の熱弾性型マルテンサイト変態や鉄系形状記憶合金の一つであるFe-Mn-Si合金のオーステナイト(γ,FCC)-ε(HCP)マルテンサイト変態では、薄膜材とバルク材において生成するマルテンサイトの形態や結晶学等の変態挙動はほとんど同じであるとされている。一方、鉄系合金での形状記憶効果を示すもう一つのマルテンサイトである薄板状α'(BCC or BCT)マルテンサイトについては薄膜試料からの変態挙動に関する研究はない。本研究は鉄系形状記憶合金であるFe-Ni-Co-Ti合金の薄板状α'マルテンサイトについて、試料膜厚を変化させたときマルテンサイトの形態、内部組織及び結晶方位関係の変化を明らかにすることを目的として行った。供試材としてMs点が83KであるFe-31Ni-10Co-3Ti(mass%)合金を用いた。試料を1473Kでそれぞれy化した後,厚さ5mm,0.5mm,30μm,l00nm-1(透過型電子顕微鏡用試料)の試料を作製した。これらの試料に液体窒素温度で深冷処理を行いマルテンサイトを得た。マルテンサイトの形態および生成挙動は昨年度購入した光学顕微鏡用加熱冷却ホルダを使用し観察を行った。また、内部組織観察、結晶方位関係の解析には透過型電子顕微鏡を使用した。以下に今年度の研究成果を示す.5mm及び0.5mm厚の試料では従来の報告通り{112}α'双晶がマルテンサイト内を貫通した薄板状の形態であった。このマルテンサイトのオーステナイトに対する結晶方位関係はほぼN関係であり,現象的理論による計算結果とも良く一致していた。30μmの試料では薄板状のマルテンサイトに加えて,従来報告のない曲面を持った形態を見いだした。一方100nm厚のTEM薄膜では、試片周縁部ではマルテンサイト変態が起こらない領域が存在し,マルテンサイトの界面は直線的ではなく複雑に曲がった形態を示していた。このマルテンサイトの内部組織を観察したところ、5mm厚のバルク材及び0.5mm厚の試料の場合と同様に{112}α'双晶が観察されたが、双晶比はバルクと異なりばらついていた。またマルテンサイトとオーステナイトの結晶方位関係は,5mm厚のバルク材及び0.5mm厚の試料の場合と異なりN関係からのばらつきが大きいものであった。