エントロピーに基づく合金設計変革とワイドレンジ形状記憶合金の開発

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Fe-Al系、Fe-Mn-Al系、Fe-Mn-Al-Ni系合金において、極低温から約500Kにおける定圧比熱を緩和法、熱流束法により精密に測定した。様々なAl濃度を有するFe-Al、Fe-Mn-Al合金を作製し、BCC相の比熱を測定してAl濃度と比熱、さらにはデバイ温度との関係性を明らかにすることができた。また、Fe-Mn-Al-Ni系合金ではBCC相とFCCマルテンサイト相の比熱を測定した。これまでに得られているFe-Ni系、Fe-Al系、Fe-Mn-Al系、Cu-Al-Mn系、Co-Cr-Al-Si系の比熱測定結果を解析し、比熱やエントロピーに対する格子振動、電子、磁気の寄与を推定して各合金系の特徴を明らかにした。Cu-Al-Mn系は極低温域でBCC相とFCC相のエントロピー差が非常に大きく、今後、格子振動の特異性を明らかにする必要性があることが判明した。Fe系はBCC相とFCC相のエントロピー差が小さく、合金元素や磁気変態の影響が顕著に表れることがわかった。このことを利用して、形状記憶効果による発生仕事量の向上や超弾性の温度依存性低減に向けた合金設計ができる可能性が示された。また、Fe-Al系をモデルケースとして、CALPHAD法により低温域から高温域までをカバーする熱力学モデルの検討を行った。実験で得られた比熱の結果を用いた検証を行いながら、アインシュタインモデルなどを応用したGibbsエネルギーの記述を行った。過去の状態図や熱力学パラメータの情報も利用し、Fe-Al系固溶体相を計算により再現することができた。これまで困難であった低温域も考慮した計算状態図手法に発展できる可能性を見出した。