小泉 雄一郎

201803

"現状使用している中国製のFCC素材は 品質クレーム、納期対応等の慢性的問題と近年のレアアース騒動に見られた、いわゆるチャイナリスクが内在した状況下にある。 しかも、材料の絶対的特性にも問題点を抱え、現状の材質では、顧客の電磁ブレーキとしての要件を十分に満たせていない状況下にある。 その解決策として、平成25年から東北大学 金属材料研究所 千葉教授と共同で、高特性FCC材の開発を進めている。その成果として、高精度なプロセシングマップを作成し、それを元にしたインテリジェント鍛造の導入で、プロセスと特性を結び付ける組織の役割を見い出し、特性の向上策に目途が付いた。今後この学術的な裏付けを持った手法により、高性能FCC材製造プロセスを確立したい。 "

１． ナノラメラ多孔体化後の比表面積最大化を目指して、γ-TiAl相とα2Ti3Al相との体積比が１対１となる組成Ti-40at%Alの合金に対して、種々の温度・ひずみ速度で熱間鍛造を施し、加工条件と得られる組織の関係について、結晶粒（ラメラーコロニー）サイズ、層間隔及びそれらの均一性に注目して調べるとともに、その後の熱処理による組織の変化について系統的に調査し、最適条件を明らかにする。 ２． 上記「１.」の実験で均一微細な層状組織が得られる条件で熱間鍛造と熱処理を施し種々に制御した種々の層状Ti-Al合金に対して、食塩水中で電位を印加して選択溶解によりAl-richなTiAl相を除去し、種々の幅の板状ポアから成るナノラメラ多孔体を製造する。さらに得られた多孔体に陽極酸化を施すことによりバリア性の高い酸化皮膜を生成させ、キャパシターとして機能する構造を創製する。 ３． 上記「２.」で得られる構造のキャパシタンスを評価し、「１.」の熱間鍛造で得られる層状組織中のラメラーコロニーサイズならびに層間隔との関係を解明し、本手法で得られる最大のキャパシタンスを実現する。本手法で得られるキャパシタンスは、酸化物層がAlとTiの複合酸化物であり誘電率の点では、現行のアルミニウム電解コンデンサーに対して不利であるものの、Alのエッチングで得られている批評面積よりも、熱間鍛造による層状組織微細化と選択溶解により、２０００倍以上の批評面積の増大が見込めることから、2〜10倍の誘電率を考慮して最大で１００００倍以上の高性能化を目指す。

"α-チタン合金の高温特性（疲労、高温強度、クリープ、組織安定性、耐酸化性）及び製プロセスにおいて混入する不純物元素がチタン合金の特性に及ぼす影響の定量化を行う。チタン合金、ニッケル基超合金に対して、理論計算によるミクロ組織予測法の確立。 【最終目標】 (２０１８年度末時点) α-チタン合金の機械的特性への酸化の効果を定量化し、不純物元素の制御指針を確立する。チタン合金とニッケル基超合金に対して、組織因子と高温特性を結びつけ、高温特性予測モデルを構築する。 "

電子ビーム積層造形法（EBM）という新しい材料製造法と、最新の計算科学的な金属材料組織制御技術を駆使し、①高度に制御されたポア構造をもつ多孔質体人工関節用の金属生体材料、および②耐摩耗性を革新する新金属材料を創製し、新しい製造プロセス基盤の構築に資する。

ＦＣＣ材を用いた非接触型電磁ブレーキの大幅な特性改善を可能にする高特性ＦＣＣ材の実用化を目的とし、その実用化によりこの非接触型電磁ブレーキの市場の拡大をはかるとともに、ＦＣＣ材の実用化を通して日本のものづくりの回帰につなげるものである。

微細組織発達シミュレーション法として発展するフェーズフィールド法は、応力場や磁場等の外場を組み込むことができ、組織発達に及ぼす外力や磁場印加の影響の予測の可能であるが、実用合金開発への応用には至っていない。本研究では、CALPHAD・結晶塑性論・微小磁気学と連成したモデルを構築し、可鍛性超強力磁石鋼の開発に応用する。

本提案では、電子ビーム積層造形法という新しい材料製造法と、最新の計算科学的な金属材料組織制御技術を駆使し、①高度に制御されたポア構造をもつ多孔質体人工関節用の生体金属材料、および②耐摩耗性を革新する新金属材料を創製し、材料製造プロセス基盤の革新に挑戦する。

リソグラフィーと相分離を活用した超高アスペクト比微細加工法の開発を通じてボトムアップ・トップダウン融合型微細加工を創成する

ゼンマイバネは、小さな空間に効率的に弾性エネルギーを蓄え、必要に応じて運動エネルギーを供給できるため、時計、玩具、家電、自動車等様々な用途に用いられている。最近ではバネに蓄積した弾性エネルギーで発電するシステムが省エネルギー化や災害の備えとして注目されているが、エネルギーの高密度化や省スペース化が望まれている。 一方、Co合金は、強度、弾性率、延性に優れるため、機械式腕時計の高性能な動力ゼンマイとして用いられている。現在、塑性ひずみ90％以上の塑性加工が必要なため、Niを多く含ませFCC構造を安定化したCo合金が用いられている。もし、Niの含有量を減らしHCP構造を安定化したCo合金でゼンマイバネを作製できれば、ヤング率を最大で30％以上も上昇させることができ、蓄積エネルギー密度の大幅な向上が期待できる。 本研究では、新しいニアネットシェイプ加工として注目される電子線積層造形（EBM）を用いて、HCP構造が安定なCo合金にてゼンマイバネを作製し、僅かな塑性加工と熱処理により、高エネルギー密度のゼンマイバネを作製することを目指し、EBM、塑性加工、熱処理による組織と特性の変化を調査する。

添加元素の偏析を利用した界面機能化に基づいて、MoSi2基Brittle/ Brittle複相単結晶超耐熱材料を開発する。

温度変化に対応可能なPhase-Field法を構築し、それにより鉄鋼材料の急速加熱・冷却中の組織発達過程を研究する。