極低温域で動作する新規TiNi基超弾性合金の開発

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本研究の主な目的は，TiNi基形状記憶合金において発現するマルテンサイト変態（M変態）の前駆現象（Commensurate-Incommensurate転移：C-IC転移）を結晶学的，熱力学的および機械的影響を調査し，また単結晶材における低温域における応力ヒステリシス（σhys）の温度依存性を調査し．低温域で動作する超弾性合金への応用を探索することである．以前の研究成果によると，Ti50.0-xNi40.0+xCu10.0合金においてC-IC転移はNiを過剰に添加することにより，DSC曲線のブロードなピーク（Intermediate相：I相と呼称）として観察できることを見出した．本年度は，Ni過剰にしたTiNi基合金に着目しC-IC転移の本質とそのM変態へ与える熱力学的影響の調査を目的とし，研究を行なった．TiNi合金にFeを2at%以上Feを添加することで，M変態前にC-IC転移が存在することが先行研究によって知られている．そこで，本年度はFeを3at%添加したTi50.0-xNi47.0+xFe3.0合金を用いて，Ni過剰側におけるC-IC転移に伴う比熱および結晶構造の変化を調査するとともに，Ni過剰側のM変態の相図も決定した．その結果，Niの増大とともにM変態温度は低下する傾向が見られた．また47.4at%Ni以上でI相に起因するブロードな比熱のピークを観察した．このC-IC転移のピーク温度は，Ni組成に依存せずほぼ一定である．TEM観察の結果，I相を経てR相となる場合（Ni量が41.4at%以上），I相の微細ナノ組織をほぼ維持したまま明瞭な双晶界面を持たないR相が形成されることを観察し，I相はM変態に影響を与える重要な相転移であることを見出した．この結果は，2018年3月の金属学会で発表し，これから論文に投稿する予定である．