三次元周期構造制御した高エントロピー合金の創製とその損傷メカニズムの解明

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本研究では，高エントロピー合金（HEA）を対象に，HEA本来の優れた力学特性を維持したまま高強度・高延性化を達成するとともに，HEAの疲労破壊抑制指針を確立する．金属材料の高強度化手法として，ミクロ組織の均一微細化が有効とされている．しかしながら，HEAの場合，特異な力学特性の根幹をなす双晶変形が生じにくくなるため，ミクロ組織の均一微細化はHEAの高機能化にとって有用ではない．そこで，粉末冶金技術を駆使し，オーステナイト系ステンレス（SUS）とHEAの三次元周期構造を有する金属材料を創製することした．具体的には，異なる直径を有する2種類の粉末を混合・焼結することで，焼結体内部の金属組織を周期的に変化させることが可能であることを確認した．また，粉末混合割合を変化させることにより，周期構造の形態を制御できることも明らかにした．また，三次元周期構造を有する金属材料の力学特性におよぼす微視組織の影響について検討を加えるため，準静的な引張試験および疲労き裂伝ぱ試験を行った．その結果，周期構造材の引張特性のほとんどはHEAとSUSの複合則に従って変化することが明らかとなった．ただし，HEAが連なったネットワークを30%有する材料の破断伸びは，複合則と比較して優れた値を示した．疲労き裂伝ぱ特性について，周期構造材料のき裂伝ぱ抵抗はSUS由来の高い抵抗値に起因してHEAと比較して上昇するが，き裂開閉口の程度はHEAと比較して低下した．その結果，周期構造材の「みかけ」の抵抗値はHEAと同等であることを明らかにした．