ハイエントロピー合金の低温での延性増大機構明らかに―新規の高性能な低温構造材の開発に期待：香港城市大学/北京科技大学/日本原子力研究開発機構ほか
(2020年3月28日発表)
香港城市大学と北京科技大学、（国）日本原子力研究開発機構J-PARCセンターなどの共同研究グループは3月28日、低温環境に強い新構造材として注目されているハイエントロピー合金の延性が、極低温下で増大するメカニズムを解明したと発表した。宇宙開発などに役立つ高性能な低温用構造材の開発が期待されるという。
ハイエントロピー合金は、5種類以上の金属元素がほぼ等量、原子スケールで均一に混ざった合金。通常の金属材料は温度の低下とともに強度が上昇する一方で延性は低下するが、エントロピー合金は、低温で強度が高まるのと同時に延性も増大し、室温下よりも大きな延びを示す。
研究グループは、これまで未解明だった低温下における延性増大の原因や変形メカニズムの究明に取り組み、今回それらを明らかにすることに成功した。
調査したのは、クロム（Cr）、マンガン（Mn）、鉄（Fe）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）元素から成るハイエントロピー合金。J-PARCセンターで得られる大強度中性子ビームを利用し、合金試料に中性子を照射してその回折現象から結晶構造などを解析した。
この施設では－260℃～1,000℃の広い温度範囲のもと、強力な応力により材料を変形させながら、結晶構造や微細な組織の変化を高精度で「その場」観察できる。
実験の結果、延性の増大が結晶構造の変化によるものではなく、複数の種類の結晶欠陥の導入・移動の組み合わせによって生じることが分かった。つまり、結晶構造は変化せずに、転位や積層欠陥などの結晶欠陥の発生・増加や移動、局所的な変形など、複数の変形機構が組み合わさって働くことで、特異な変形が出現することが明らかになった。
今回得られた知見は、低温環境で高い力学特性を発揮する新しい構造材料の設計に有用で、より強く、より延びる、優れた低温材料の開発への貢献が期待されるとしている。
