【研究成果】 新しい熱処理プロセスによる結晶粒の異常成長現象を発見 ～耐震部材への活用を目指す～

本学工学研究科金属フロンティア工学専攻の大森俊洋助教、貝沼亮介教授らの研究グループは、新しい熱処理プロセスによる結晶粒の異常成長現象を発見した。同研究グループは銅系形状記憶合金を用い、９００℃以下の温度域で冷却・加熱のサイクル熱処理を行うことで数センチメートルの結晶粒を得ることに成功。これにより数センチメートルの断面サイズを有する部材として銅系形状記憶合金を利用することが可能になり、工業製品などへの応用が期待される。


　通常の結晶粒成長は、粒径が０・１㎜程度に達すると著しく遅延することが知られている。最近、同研究グループは従来使用されているチタンニッケル合金に比べ格段に製造しやすい新型銅系形状記憶合金を開発し、その超弾性特性は材料のサイズに対する結晶粒が大きいほど優れた性質を示す。そのため、数センチもの大型部材へ適用する場合には結晶粒も同レベルまで大きくする必要がある。

　しかし高温保持による通常の結晶粒成長法では長い時間を要するため、短時間で結晶粒を粗大化させる手法が切望されてきた。こうした背景の中、同研究グループは銅系形状記憶合金の結晶粒に関する研究を行い、先述した新たな熱処理プロセスを行うことで結晶粒成長速度が著しく速くなる異常粒成長現象が起こることを見出し、この手法を用いることで数センチメートルもの結晶粒径を得ることに成功した。今回の成果により、従来よりも大きなサイズでの利用が可能となった。今後、量産化プロセスが確立されれば適用が困難であった建造物の制震構造用部材をはじめとする、センチメートルレベルの大型部材への適用が期待できる。また今回の手法は形状記憶合金に限らず他の合金へも適用できると考えられ、単結晶を作成する新たなプロセスとしてとして幅広い利用が期待される。
　
　大森助教は「研究グループ内で過去に行った実験の見直しと、サイクル熱処理で起こる現象の理解を深めたことが今回の発見につながった。通常サイズの結晶粒を有する銅系形状記憶合金は医療分野で利用されているが、今回の発見で建築分野をはじめとしたより多くの分野で同合金が利用されるだろう」と語った。