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成果報告書詳細
管理番号20190000000236
タイトル*平成30年度中間年報 エネルギー・環境新技術先導プログラム/未踏チャレンジ2050/新次元の超軽量ハイエントロピー合金等の研究開発
公開日2019/5/14
報告書年度2018 - 2018
委託先名株式会社コベルコ科研 国立大学法人北海道大学
プロジェクト番号P14004
部署名イノベーション推進部
和文要約(1)非活性化ハイエントロピー合金等の探索研究
 MgおよびMgより軽いLiなどの元素は、空気や水などの環境に対し反応性の高い活性を持つため非活性化技術が必要となる。Mg―Li系多元合金を基本的な超軽量合金と位置付け、環境との反応性について消防法危険物第2類試験(小ガス炎着火試験)および第3類試験(水との反応性試験)を実施した。
1cm角のバルク材料を用いて小ガス炎着火試験(10回繰り返し)を実施したが、いずれの供試材に対しても、危険性なし・非危険物と判定された。

 また、Mg―Li系合金であっても、Al添加有無に拘わらず、水との反応性は表面の僅かな領域に限定されることが判った。
このように消防法に基づく試験を実施した結果、Mg―Li系合金であってもバルク材においては環境との非反応性が、十分担保されることが判明した。

(2)超軽量ハイエントロピー合金等の探索追究研究
 Li―Mg系多元合金を中心に、溶解法を用い超軽量合金の探索を追究すると共に、粉末冶金法を同時に用い、超軽量ハイエントロピー合金等の探察研究を実施した。
 溶解法では、平成30年4月から平成31年3月までに10種類の合金を試作した。MgやLiの蒸発をできるだけ防ぐ目的から約750℃以下の条件で溶解を実施した。また高融点金属のTiやSiは、融点を下げる目的でナノ粒子(10-70 nm直径)を原料として選んだ。この結果、TiやSiを含む合金は原料未溶解となった。結果として4種類の合金試作のみ溶解できた。今後、材料評価試験によりこれらの特性を確認する予定である。
 粉末冶金法では、4組成の合金を作製し、焼結条件(温度および時間)もパラメータとして、計11種類の合金試作を実施した。それらの特性評価試験の一つとして、硬度測定(ビッカース硬度試験)を実施し、定量的に解析した。
 いずれの試作材も、超ハイテン並み、または超ハイテン以上の高硬度を示した。今後、詳細な材料試験によりこれら試作材の特性を詳細評価予定である。
英文要約Introduction: The project is to research and develop advanced ultra-light high-entropy alloys having density from 1 to 2 gram per cubic centimeter and tensile strength from 200 to 1,200 MPa at room temperature. In this study, in order to create the new composition alloys and to evaluate characteristics of lithium-magnesium (Li-Mg)-based alloys and other ultra-light high-entropy alloys, the dissolving method using melting furnaces and the powder (metallurgy) method are applied for the fabrication of the alloys.

Methodology and Results:
(1) Development of lithium-magnesium (Li-Mg)-based alloys and other ultra-light high-entropy alloys (HEAs) by using melting method
Ten candidates of Li-Mg-based alloys and HEAs were melted by Kobelco Research Institute, Inc. (KKI). However, the titanium and silicon contained alloys were not obtained successfully, because the nano-sized titanium and silicon powders were not melted at the given temperature. Therefore, four candidates of the ultra-light alloys were melted for future characteristic evaluation.
(2) Development of ultra-light HEAs using powder method
Eleven candidates of HEAs were developed by the powder method. Vickers hardness test indicated that the candidates had a much higher hardness than that of an ultrahigh strength steel (UHSS) or equal to that of the UHSS (260 Hv ? 540 Hv).
(3) Inactivation of lithium-magnesium (Li-Mg)-based alloys in active environments
Mg-14 mass% Li alloys (with 0 to 9 mass% Al) were examined by the small gas flame ignition test and the water-reaction test. The results showed that all of the Mg-Li and Mg-Li-Al alloys had an inactivation characteristic under bulk condition.
As for the next study, we will develop new candidates for the ultra-light lithium-magnesium (Li-Mg)-based alloys and the other ultra-light high-entropy alloys adopting “five parameters” prediction method.

Summary: In the period from April 2018 to March 2019, three researches of (1) Development of lithium-magnesium (Li-Mg)-based alloys and other ultra-light high-entropy alloys (HEAs) by using melting method, (2) Development of ultra-light HEAs using powder method, and (3) Inactivation of lithium-magnesium (Li-Mg)-based alloys in active environments were performed.
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