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金属材料の強度と伸びを同時に向上

ナノ原子スケール分析によるスピノーダル分解と強化の分析。クレジット: POSTECH シーソーの片側が上がるともう片側が下がるのと同じように、金属材料の世界では「強度」と「伸び」は通常相反します。しかし、POSTECH とノースウェスタン大学の共同チームは最近、両方の特性を強化する画期的な技術を発表しました。 POSTECHの鉄・エコ材料技術大学院大学および材料科学工学部のキム・ヒョンソプ教授、鉄・エコ材料技術大学院大学のホ・ユンウク教授、材料科学工学部の博士課程学生のパク・ヒョジン氏からなる研究チームは、ノースウェスタン大学材料科学工学部のファラハナズ・ハフトラン博士と協力しました。 彼らは協力して、金属研究における長年の課題である、強度と伸びのトレードオフに取り組んできました。彼らの画期的な成果は、高い強度と伸びの両方を誇る合金の設計です。 この研究はジャーナルに掲載されている ネイチャーコミュニケーションズ。 降伏強度とは、金属などの材料が変形し始める最小の応力のことです。材料の耐久性と構造的安全性を高めるには、降伏強度を高める必要があります。通常は、金属内に埋め込まれた小さな粒子である「析出物」で微細構造を強化します。ただし、このプロセスでは、析出物はベース金属とは構造が異なることが多く、強度が増すにつれて伸びが低下します。この「強度」と「伸び」のトレードオフにより、両方の特性を同時に向上させることは従来困難でした。 POSTECH のキム・ヒョンソプ教授のチームは、この問題に対処するために「スピノーダル分解」と呼ばれる新しいアプローチを導入しました。このプロセスでは、固溶体が 2 つの異なる相に自発的に分離し、規則的に配列された原子を持つナノスケール構造が生成されます。 この研究では、鉄ベースの中エントロピー合金に銅 (Cu) とアルミニウム (Al) を添加して、ナノスケールで周期的なスピノーダル分解を誘発しました。このプロセスにより、構造変形に対する耐性を高める現象であるスピノーダル硬化が起こりました。その結果、結果として生じる微細構造により材料の強度が向上しました。均一に配置された特徴を持つ結果として生じる微細構造により、材料全体にひずみが効果的に分散されます。この分散により、局所的な変形が最小限に抑えられ、伸びを維持しながら全体的な強度が向上します。 実験により、チームの方法を使用して製造された合金は、従来の合金と比較して優れた構造的完全性を示し、1.1 GPa (ギガパスカル) の降伏強度を達成したことが明らかになりました。これは、スピノーダル分解のない合金に比べて 187% の改善に相当します。驚くべきことに、この降伏強度の向上にもかかわらず、合金は以前とほぼ同じ伸び (28.5%) を維持しました。この進歩により、強度と伸びの両方が向上しました。 POSTECHのキム・ヒョンソプ教授は、「私たちは複雑な組成の合金におけるスピノーダル構造の機械的特性について研究してきました。私たちの高強度、高伸長の合金技術は、航空宇宙、自動車、エネルギー、エレクトロニクスなど、さまざまな産業の製品を軽量化、耐久性を高めることで強化する可能性を秘めています」と述べています。 詳しくは： Hyojin Park 他「二重強化中エントロピー合金における周期的スピノーダル分解」 ネイチャーコミュニケーションズ （2024年）。 DOI: 10.1038/s41467-024-50078-6 浦項工科大学提供 引用: シーソーのバランスをとる:…