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~

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2025-05-16 長崎大学

長崎大学の研究チームは、次世代形状記憶合金として注目される銅-アルミニウム-マンガン(Cu-Al-Mn)系合金の相変態メカニズムを解明しました。電子顕微鏡と放射光X線回折を用いた解析により、力を加えた際に多段階の相変態が生じることが明らかになり、この変態が進行することでエネルギー吸収量が増大することが実証されました。Cu-Al-Mn系合金は、安価で加工しやすく、優れた超弾性を持つことから、耐震構造材料や医療用デバイスなどへの応用が期待されています。本研究成果は、同合金の高性能化と実用化に向けた基礎的知見を提供するものです。

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~

図1 透過電子顕微鏡による結晶構造変化の観察結果
(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

<関連情報>

単結晶Cu-Al-Mn形状記憶合金における大きな応力-ひずみヒステリシスを伴う連続的な応力誘起相転移 Successive stress-induced phase transformations with large stress-strain hysteresis in single crystal Cu-Al-Mn shape memory alloys

Hiroshi Akamine, Ryo Takamatsu, Sheng Xu, Toshihiro Omori, Ryosuke Kainuma, Sumio Kise, Kakeru Ninomiya, Maiko Nishibori, Minoru Nishida
Acta Materialia  Available online: 15 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121054

Abstract

The successive stress-induced phase transformations in single-crystal Cu-Al-Mn alloys, which exhibit excellent superelasticity and ductility, were investigated using electron microscopy and synchrotron X-ray diffraction. In a Cu-16.8Al-9.6Mn (at.%) alloy, which is in the martensitic phase at room temperature, a stress-induced martensitic transformation from a 6M-type stacking structure to a 2M-type stacking structure was revealed. At the 6M and 2M interface, it was observed that structural changes progress with partial dislocations running every three layers within the 6M structure. A Cu-17Al-11Mn (at.%) alloy, which is in the parent L21 phase at room temperature and exhibits superelasticity, undergoes a successive stress-induced phase transformation of L21 → 6M → 2M, resulting in a shape recovery exceeding 16 % in strain. The 6M → 2M transformation leads to an expansion of the stress-strain hysteresis loop, thereby enhancing the energy dissipation capability. The microstructure observations suggest that deformation in the 2M phase and the complex form of the reverse transformation contribute to the energy dissipation.

0700金属一般
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