拡散-変位型相変態による巨大可逆歪みの発現と高温形状記憶材料の創出

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本研究は研究代表者が発見した新しい拡散-変位型相変態を利用した高温形状記憶材料の創出を目的としている。この相変態はチタン合金における等温変態であり、直方晶構造を経由することが特徴である。従来のチタン合金においては直方晶構造は原子無拡散のマルテンサイト変態によって生成するものであった。研究代表者は、特殊なチタン合金において加熱または高温での保持によって原子拡散を伴いながらこの直方晶構造の相が現れることを見出した。この相変態は原子拡散を伴う拡散型変態であるが、同時に変位型変態の性質も持ち合わせていることを利用して、形状記憶効果の発現が期待される。一般に広く用いられれている形状記憶効果とは、原子無拡散のマルテンサイト変態を利用したものである。本研究では、このような従来の形状記憶合金とは全く異なるメカニズムで形状記憶効果の発現を目指す。本年度は、これまでに研究代表者が発見した拡散-変位型相変態が生じるチタン合金において形状回復挙動の有無及び形状回復動作について、基礎的な研究を行った。特に、形状回復ひずみと形状回復温度、回復応力について、単結晶試料を用いた系統的な実験を行った。また、発現した形状回復現象について、金属組織学的なメカニズムを解明するため、X線回折測定とSEM-EBSD測定を行った。その結果、研究代表者の推測通り、拡散-変位型相変態を利用して新しい形状回復現象が発現することがわかった。また、形状回復現象が生じるためには直方晶構造での変形を適切に制御する必要があることがわかった。