Development of cryogenic temperature shape memory alloys

低温形状记忆合金的研制

• 批准号: 22H01802
• 负责人: 貝沼 亮介
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01802/
• 关键词: 極低温用形状記憶合金; Cu-Al-Mn; 変態ヒステリス; エントロピー変化; 異常粒成長; 変態ヒステリシス

水素社会や宇宙開発等の分野においては、150Kを下回る温度域における冷却技術やアクチュエータ技術が必要とされており、形状記憶合金は魅力的である。しかし、実用合金では利用が難しく低温の応用例が殆ど無い。Cu-Al-Mn合金は、極低温域での弾性熱量効果や形状記憶効果が期待できるものの、未だに低温弾性熱量効果や低温形状記憶効果は実証されていない。そこで、本研究では、150K以下に変態温度を有するCu-Al基形状記憶合金の変態温度やエントロピー変化の組成依存性を調査し、低温での断熱温度変化や形状記憶特性の評価を行う。今年度は、組成探索と単結晶化について研究を行った。適正な変態温度とΔSを得るため、①100K以下の低温でM変態を示す合金組成（方向性：MnやAl濃度の増加等）②異常粒成長のため必要な700℃付近にfcc固溶温度を持つ合金組成（方向性：Niの添加）③ΔSが比較的大きな合金組成（方向性：Niの添加）、の指針に沿って合金組成を探索した。ただし、組成調整でM変態温度を下げる（fccを不安定化する）ことは、異常粒成長に不利なfcc固溶温度の低下を招くことを意味し、①と②は両立し難い。その様な背景の中、精密な組成探索を行い両立する合金系候補を見出した。サイクル熱処理法では、高温用DSCでfcc固溶温度を決定した上で、温度制御付き熱処理炉でサイクル熱処理を行い異常粒成長の有無について確認した。また、サイクル熱処理前に超弾性特性の良好な方位を長手方向とする集合組織を作製するため、様々な加工、熱処理条件で集合組織を調査し、集合組織制御についての知見を得た。

在氢气和空间开发等领域，需要低于150k的温度中的冷却和执行技术，从而使形状的记忆合金吸引人。但是，很难与实用合金一起使用，而且在低温下几乎没有任何应用。尽管可以预期Cu-Al-Mn合金在极低的温度区域具有弹性卡路影响并塑造记忆效应，但尚未证明它们具有低温弹性热量效应或低温形状的记忆效应。因此，在这项研究中，我们研究了转化温度和熵变化的组成依赖性，基于Cu-Al的形状记忆合金的变化，转化温度低于150K，并评估了在低温下的热绝缘温度变化和形状的记忆特性。今年，我们对组成搜索和单一结晶进行了研究。 To obtain an appropriate transformation temperature and ΔS, we searched for the alloy composition according to the guidelines for 1) alloy composition showing M transformation at a low temperature of 100K or less (directional: increase in Mn and Al concentration, etc.) 2) alloy composition with an fcc solid solution temperature around 700°C required for abnormal grain growth (directional: addition of Ni) 3) alloy composition with a relatively large ΔS (directional: addition of ni）。但是，通过调节组合物来降低M转化温度（不稳定FCC）意味着FCC固体溶液温度降低，这对异常的晶粒生长不利，并且很难实现。在这种背景下，我们已经仔细搜索了构图，并找到了可以兼容的合金系统的候选者。在循环热处理方法中，使用高温DSC确定FCC固定溶液温度，然后在温度控制的热处理炉中进行循环热处理，以确认是否存在异常的晶粒生长。此外，为了产生具有纵向取向的质地，具有良好的超弹性特征为循环热处理前的纵向方向，在各种加工和热处理条件下研究了质地，并获得了纹理控制的知识。