研究者は高い技術を生み出します

2023 年 8 月 8 日

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by カクタスコミュニケーションズ

宇宙への冒険を目指す私たちの継続的な取り組みには、材料科学を含むさまざまな分野にわたる大幅な技術進歩が必要です。 航空宇宙産業で使用される材料は、軽量でありながら機械的耐性がなければなりませんが、この組み合わせを達成するのは困難です。 幸いなことに、金属基複合材料は 20 世紀に誕生して以来、長い進歩を遂げており、多くの専門家は、金属基複合材料が近い将来の宇宙用途の鍵となると信じています。

最も有望なタイプの金属基複合材の 1 つは、高エントロピー合金粒子 (HEAps) で強化されたアルミニウム基複合材 (AMC) です。これにより、AMC に高強度、耐久性、可塑性などの優れた機械的特性を与えることができます。 ただし、HEAps はマイクロクラックやマイクロボイドなどの構造欠陥も生成し、問題となる可能性があります。

このような状況を背景に、中国中南大学のHai-liang Yu教授が率いる研究チームは、高性能HEAp/AMCフラットシートを製造する新しい方法を研究している。

中国非鉄金属協会トランザクションに掲載された最新の研究で、研究チームは、クライオローリングと非対称ローリング（AR）の利点を組み合わせた非対称クライオローリング（ACR）と呼ばれる有望な技術を研究しました。

AR は鉄鋼製造において確立された技術であり、金属板を圧延機に通すことを含みます。 このプロセスにより、プレートの厚さ全体に均一に大きなせん断歪みが適用され、欠陥の数が減少します。 AR と ACR の唯一の実質的な違いは、動作温度です。 AR は室温で実行されますが、ACR は液体窒素を使用して達成される極低温で実行されます。

これまでのいくつかの研究では、ACR が HEAp/AMC シートの機械的特性を改善できることが示されています。 しかし、対応する強化メカニズムと、ACR中のAMCの機械的特性と微細構造との関連性は依然として不明である。 この知識のギャップに対処するために、研究者らは298 KのARと77 KのACRを使用してHEAp/AMCシートを準備し、引張試験と硬度試験とともに走査型および透過型電子顕微鏡技術を使用して分析した。

彼らは、AR と ACR で製造されたシートの間に重要な微細構造の違いがあることを発見しました。 極低温処理により、微小空隙が少なく、粒子サイズがより細かく、転位密度が高いシートが生成されました。 さらに、機械試験により、ACR シートは AR シートよりも大幅に延性があり、強度が高いことが明らかになりました。 「ACR で製造された 3 wt% HEAp/AMC の極限引張強度は 253 MPa に達し、AR で製造されたシートで達成される強度よりも 13.5% 高くなりました。」と Yu 教授は強調します。

研究者らは、ACRとARの間で観察された差異は主にHEAp/AMCの体積収縮効果によるものであると結論付けた。

「アルミニウム合金の体積収縮効果が大きいほど、アルミニウムは強化用HEApsの周りをよりしっかりと包み込みます。これにより、マトリックスと粒子間の結合が強化されます」とYu教授は説明します。 「極低温環境では体積収縮効果がより大きくなるため、ACRはHEAp/AMCシートの大きな塑性変形によって引き起こされる欠陥を防ぐ上で重要な役割を果たします。」

全体として、これらの発見は、ACR が航空宇宙産業や自動車産業向けの新しい合金の開発において重要な役割を果たす可能性があり、将来的には高性能材料の頼りになる技術になる可能性さえあることを示唆しています。