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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

熵基合金设计创新及宽范围形状记忆合金开发

基本信息

批准号：
21K18179
负责人：
大森俊洋
金额：
$ 16.64万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

Fe-Al system, Fe-Mn-Al system, Fe-Mn-Al-Ni system alloy temperature, extremely low temperature up to about 500K, constant pressure specific heat relaxation method, heat beam method for precise measurement The relationship between Al concentration and Fe-Al, Fe-Mn-Al alloys, specific heat of BCC phase, Al concentration and temperature is discussed. Determination of specific heat of BCC phase and FCC phase in Fe-Mn-Al alloy The results of specific heat measurement of Fe-Ni, Fe-Al, Fe-Mn-Al, Cu-Al-Mn and Co-Cr-Si systems were analyzed, and the lattice vibration, electron and magnetic properties of the alloy systems were estimated. Cu-Al-Mn system is very low temperature region, BCC phase and FCC phase, the difference is very large, in the future, lattice vibration specificity is necessary to determine Fe system BCC phase and FCC phase are different, alloy elements and magnetic states are different. This paper presents the possibility of using shape memory effect to improve the quality of alloy design and temperature dependence. CalPHAD method is used to investigate the thermodynamic properties of Fe-Al system in low temperature range and high temperature range. For example, if you want to use Gibbs, you can use Gibbs to describe it. The information of thermodynamics in the past is used to calculate the phase of Fe-Al solid solution. This is difficult to do in the low temperature domain, considering the possibility of calculating the state and developing the method.