ミディアムエントロピー合金の局所規則構造の原子レベル観察に成功 -新しい高強度合金の設計・開発に期待-

ターゲット
公開日

 吉田周平 工学研究科助教、辻伸泰 同教授は、井上耕治 東北大学准教授と共同で、CoCrNiミディアムエントロピー合金中に形成された局所規則構造の原子レベルでの直接観察に初めて成功しました。

 ハイ・ミディアムエントロピー合金 (HEA/MEA)は複数の合金元素をほぼ等原子量で混ぜた新しい高濃度多元系合金です。その中でもCoCrNi MEAは、従来の金属に比べて非常に高い強度を示します。近年の研究から同合金では、(1)合金元素の原子サイズ差に起因した格子ひずみ、および(2)合金中に形成した局所規則構造(LCO: Local Chemical Order)によって金属の塑性変形を担う格子欠陥、転位(dislocation)の運動が妨げられ、高い強度を示すと考えられてきました。しかし、合金中のLCOの存在を直接証明することは技術的に非常に難しく、(1)と(2)のどちらが支配的な強化メカニズムであるかは近年世界の金属材料学者たちの間でも大きな論争となっていました。

 本研究では、三次元アトムプローブトモグラフィー法によりCoCrNi MEA中に形成したLCOを原子レベルで直接観察することに世界で初めて成功しました。LCOが形成されてもCoCrNi MEAの力学特性がほとんど変化しないことから、同合金では(1)が支配的な強化メカニズムであることがわかりました。これらの成果は、高濃度多元系合金の特徴的な強化メカニズムを明らかにし、優れた特性を有する新しい合金の設計にも重要な知見を与えると考えられます。

 本研究成果は、2021年8月27日に、国際学術誌「Physical Review Materials」に掲載されました。

三次元アトムプローブトモグラフィー法によって直接観察されたCoCrNiミディアムエントロピー合金中の元素分布と局所規則構造
図:三次元アトムプローブトモグラフィー法によって直接観察されたCoCrNiミディアムエントロピー合金中の元素分布と局所規則構造
書誌情報

【DOI】https://doi.org/10.1103/physrevmaterials.5.085007

Koji Inoue, Shuhei Yoshida, Nobuhiro Tsuji (2021). Direct observation of local chemical ordering in a few nanometer range in CoCrNi medium-entropy alloy by atom probe tomography and its impact on mechanical properties. Physical Review Materials, 5(8):085007 .