マルテンサイト変態の低温異常の解明と超弾性合金の低温応用

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マルテンサイト変態に関連する低温異常現象の中で、Ti-Ni合金におけるストレイン・グラス(SG)現象およびNi基メタ磁性形状記憶合金におけるカイネティックアレスト現象の起源の解明とマルテンサイト変態への影響を明らかにするため、それぞれTi-51.8Ni合金およびNi-5Co-36Mn-14In合金(at.%)を用い、低温域におけるマルテンサイト変態挙動とその温度依存性について調査した。その結果、TiNiにおいては、SG状態からでも超弾性が発現すること、また正・逆変態の誘起応力ヒステリシスがSG状態において異常に大きくなることを突き止めた。さらにこの応力ヒステリシスの異常な増加傾向を利用することで、一定応力下の加熱過程において、平衡論的にはありえないはずの、母相からマルテンサイト相への変態が可能であることを確認した。一方NiCoMnInについては42Kの極低温でも超弾性が発現可能であることを明らかにするとともに、母相-マルテンサイト相界面の動力学に関する低温での異常な挙動が、外場の種類に寄らず普遍的に起こり得る現象であることを突き止めた。両合金を対象とした研究結果は、極低温における変態応力ヒステリシスの増大が低温異常現象と関連しているということを示唆しており、その学術的意義は大きい。また、低温異常が報告されておらず室温で良好な超弾性特性、組織制御性を有するCuAlMn基形状記憶合金を用いた調査では、4.2Kにおいても良好な超弾性特性が得られることを確認し、極低温での応用可能性を見出すことに成功した。本研究成果は、超伝導周辺技術や宇宙工学、低温冷媒のシール材などへの超弾性合金の応用を提案するものであり、その工学上の意義は非常に大きい。