高エントロピー(TiVNbTa)2AlC MAX相の理論的・実験的調査

• (TiAlTaZrNb)Cx 高エントロピー炭化物コーティングの炭素含有量を24〜55 at.%で系統的に合成し、約35 at.% Cでナノ硬度と弾性率が最適値に達することを発見した。
• 炭素含有量の増加により摩擦係数が0.40から0.20へ、比摩耗率が35×10-6から1.7×10-6 mm3/(N·m)へと劇的に改善し、耐摩耗性を約20倍向上させた。
• 600°Cでの熱安定性評価で、低〜中程度の炭素組成において優れた微細構造と機械的特性の維持が確認され、酸化は約200 nmの表面層に限定された。

超高温セラミックス(UHTC)は、遷移金属の炭化物、窒化物、二ホウ化物が含まれ、極限的な航空宇宙およびエネルギー環境での応用が期待される構造材料である。その強い共有結合・金属結合により、非常に高い融点、弾性率、熱安定性を持つ。しかし、固有の脆性、限定的な耐酸化性、低い焼結性は、従来のUHTCの工学的応用における主要な課題である。近年、多相複合材料、微細構造工学、組成の複雑化などの新しい材料設計戦略が登場している。中でも、高エントロピーUHTC(HE-UHTC)は、その構成エントロピー、格子歪み、拡散遅延効果により、耐酸化性、熱安定性、焼結性、機械的性能を向上させることから大きな注目を集めてい…

高エントロピー遷移金属二ホウ化物は有望な超高温セラミックスであるが、高温弾性応答、異方性変形、破壊機構に関する原子レベルの知見は乏しい。本研究では、第一原理計算精度の深層学習ポテンシャルを開発し、分子動力学シミュレーションを用いて、(Hf0.2Zr0.2Ta0.2Ti0.2Nb0.2)B2 の900 Kから3300 Kまでの熱機械挙動を研究した。開発したポテンシャルは、格子定数、状態方程式、弾性定数を密度汎関数理論計算および実験結果と高い精度で再現し、熱膨張・圧縮状態でも適用可能であった。シミュレーションの結果、面外方向の熱膨張が面内方向を上回る異方性熱膨張と、C11 > C33 を維持しつ…

• TiVNbTaCrx (x = 0, 0.25, 0.5) 高エントロピー合金を対象に、Cr添加が組織・室温および600°Cの機械的特性・高温酸化挙動に与える影響を実験的に調査
• Cr添加により凝固時の枝晶間でのTi偏析が顕著に強化され、FCC構造のTiリッチ析出相がCr含有量5.88および11.11 at.%で形成された
• FCC Tiリッチ相の析出によりBCCマトリックスの連続性が断片化し、室温で延性破壊から脆性破壊へ移行、600°Cでは伸びが0.20%未満に低下

• ホットプレス法を用いてAlCrMoTaTiおよびAlCrNbTaTiの高エントロピー合金を製造し、800~1000°Cでの酸化・硫化耐性を評価した