次世代形状記憶合金の相変態機構を解明 ～形状回復とエネルギー吸収性能を活かした応用に期待～

次世代形状記憶合金の相変態機構を解明～形状回復とエネルギー吸収性能を活かした応用に期待～

2025年5月16日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科金属フロンティア工学専攻
教授　大森俊洋

【発表のポイント】

良好な超弾性^（注１）と大きなエネルギー吸収性能^（注２）を示す铜（Cu）-アルミニウム（Al）-マンガン（Mn）系形状记忆合金^（注３）（以下、Cu-Al-Mn系形状记忆合金）の相変态（结晶构造の変化）メカニズムを电子顕微镜と放射光X线回折による解析を通じて明らかにしました。
力を负荷した际に生じる多段阶の相変态を明らかにするとともに、多段阶の相変态が进行するとエネルギー吸収量が増大することを実証しました。

【概要】

次世代の形状记忆合金として期待されるCu-Al-Mn系形状记忆合金は、原料が安価で加工しやすく、良好な超弾性を発现することから、耐震用构造材料や医疗用デバイスなど幅広い分野での応用が期待されています。近年、この合金を単结晶化すると大きな形状回復を示すことが报告されていましたが、そのメカニズムは明らかとなっていませんでした。

長崎大学大学院総合生産科学研究科の赤嶺大志准教授（前九州大学大学院総合理工学研究院助教）と、九州大学大学院総合理工学府修士2年の高松凌氏（研究当时。现株式会社デンソー）、九州大学の西田稔名誉教授、东北大学学际科学フロンティア研究所の许胜助教、东北大学大学院工学研究科の大森俊洋教授、贝沼亮介教授、东北大学国际放射光イノベーション?スマート研究センターの二宫翔助教、西堀麻衣子教授、株式会社古河テクノマテリアル（神奈川県平塚市、花谷健社长）の喜瀬纯男博士らの共同研究グループは、电子顕微镜観察と放射光X线回折测定を通じて、単结晶Cu-Al-Mn合金では多段阶のマルテンサイト変态^（注4）が生じていることを明らかにしました。また、この多段阶のマルテンサイト変态が进行すると、相変态に伴うエネルギー吸収量が増大することがわかりました。

本研究の成果は、相変态の制御を通じてCu-Al-Mn系形状记忆合金のエネルギー吸収性能を自在に制御できる可能性を示すもので、制振材料や耐震用の土木?建筑用材料等への幅広い応用が期待されます。

この成果は、2025年4月15日（米国时间）に材料科学分野の専门誌Acta Materialia誌にオンライン公开されました。

図１　透过电子顕微镜による结晶构造変化の観察结果
(a, b) 6M(18R)構造および2M(6R)構造から取得した電子回折図形
(c, d) 6M(18R)構造および2M(6R)構造の原子分解能像

【用语解説】

注１超弾性：結晶構造変化を通じて物体が変形し、力を取り除くと元の形に戻る性質。熱を加えて元に戻る形状記憶効果とは異なり、室温で元の形状に戻ることができるのが特徴。

注２エネルギー吸収性能：材料に力を加えると、一部のエネルギーは材料内で内部摩擦や発熱等によって失われ、材料の変形に寄与しない。このエネルギーを吸収エネルギー（散逸エネルギー）と呼び、吸収エネルギーが大きい材料は優れた振動吸収等の効果を発揮する。

注３ Cu-Al-Mn系形状記憶合金：東北大学石田清仁名誉教授、貝沼亮介教授、須藤裕司教授、大森俊洋教授らグループによって開発（Kainuma et al. 1996, Sutou et al. 2008）。

注４マルテンサイト変態：原子の拡散を伴うことなく、結合を保った原子が集団的に変位する形で進行する相変態。無拡散相変態、変位型相変態とも呼ばれる。

【论文情报】

タイトル： Successive stress-induced phase transformations with large stress-strain hysteresis in single crystal Cu-Al-Mn shape memory alloys
著者： Hiroshi Akamine, Ryo Takamatsu, Sheng Xu, Toshihiro Omori, Ryosuke Kainuma, Sumio Kise, Kakeru Ninomiya, Maiko Nishibori, Minoru Nishida
掲載誌： Acta Materialia
DOI:

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