先端化学工学ジャーナル

概要

形状記憶合金における熱弾性と擬弾性の二重特性と相変態の結晶学的基礎

アディグゼルO

形状記憶効果は、形状記憶合金と呼ばれる一連の合金系が示す特異な特性であり、記憶挙動の観点から、熱弾性と擬似弾性という二重の特性を持っています。これらの合金は、これらの特性と外部条件への応答により、先進的な新素材の一種として分類されます。結晶学的観点からは、2 つの連続した結晶学的変態、すなわち熱誘起マルテンサイト変態と応力誘起マルテンサイト変態が形状記憶現象を支配しています。形状記憶効果は、最初の冷却と応力付与プロセス後の加熱と冷却の温度間隔で熱的に実行されますが、擬似弾性は、材料の親オーステナイト相領域で一定温度で応力を付与して解放することによって機械的に実行されます。形状記憶効果は、バルク レベルでは冷却と応力付与のプロセス、結晶学的観点からは格子の双晶形成と脱双晶形成のプロセスによって支配されます。熱誘起マルテンサイトは格子双晶形成とともに発生し、整然とした母相構造は自己適応的に多変量双晶マルテンサイト構造に変化し、双晶マルテンサイト構造は応力が加わると応力誘起マルテンサイト変態により非双晶マルテンサイトに変化する。擬弾性は材料に応力を加え、母相領域で一定温度で解放することによって発生し、この場合材料は変形し、加えられた応力が解放されると同時に形状回復が実行される。擬弾性は非線形に発生し、応力-ひずみ線図では応力印加経路と解放経路が異なり、ヒステリシスループはエネルギー散逸を指す。このようなマルテンサイト変態に関与する基本プロセスは、本質的にせん断変形、格子不変せん断、および原子面のシャッフルである。格子不変せん断は、整然とした母相格子の最密面上での原子の協調運動によって変位的に発生する。原子面のシャッフルとせん断は、変位型マルテンサイト変態中に活性化される基本プロセスと考えることができます。銅ベースの形状記憶合金では格子不変せん断が均一ではなく、冷却時に格子双晶を伴う長周期の層状複合マルテンサイト構造の形成を引き起こします。2 種類の銅ベースの CuZnAl および CuAlMn 合金で行われた電子回折および X 線回折研究は、これらの合金がマルテンサイト状態で超格子反射を示すことを示しています。これらの合金の臨界変態温度は室温を超えており、室温では完全にマルテンサイト状態にあります。室温での時効中に一連の X 線回折が行われました。回折結果から、回折角とピーク強度が時効とともに変化することが示されています。この結果は拡散様式の新しい反応を示しており、マルテンサイトの安定化につながります。