新規超高強度・高靭性・高延性鉄鋼材料の開発硬質層と軟質層を組み合わせた複相Ti基ハイエントロピー合金の開発
德永 透子TOKUNAGA Toko
研究の概要
私たちの社会を支える基盤材料から，次世代を担う高温耐熱材料といった先進材料に至るまでの，各種金属構造材料の新規開発，特性向上・特性制御を目指した研究を行っています．
金属材料中の格子欠陥，結晶構造，相安定性，転位，組織形態といったナノ，メゾ，ミクロのマルチスケールな視点から，金属材料の力学・機能特性を明らかにしていきます．このように，本質的・学問的観点から材料の特性，それを制御する指針を明らかにするとともに，実用展開も視野に入れて研究を行っています．
私たちの生活をより豊かにするために，現代社会が求める多様で過酷な要求に応えるとともに，環境に配慮した社会を実現するために，軽量，高強度，高耐熱性，高耐食性，生体適合性といった，複数の機能を同時に高度にあわせ持つ，先進的・multi-functionalな「高機能性構造材料」の創製を目指しています．
硬質層と軟質層を組み合わせた複相Ti基ハイエントロピー合金の開発
環境負荷問題の深刻化に伴うCO2排出量削減の要請に対して，高強度・軽量材料の開発が強く望まれています．さらに，耐熱材料として高温でも使用できる高強度・軽量材料を開発することができれば，エンジンやタービンブレードへの適用による熱効率の向上につながり，さらなるCO2排出量削減が実現できます．ところが，金属材料には強度と延性のトレードオフ関係（強いと脆い，伸びると弱い）があるため，高温で実用可能な高強度材料の開発は非常に困難です．ところが近年，キンク帯という特異な変形帯を形成することで高強度と延性が同時に発現する「ミルフィーユ材料」と呼ばれる複相合金が注目を集めています．このミルフィーユ材料と日本が世界をけん引する高温高強度材料であるハイエントロピー合金を融合させることで，私たちは新規高強度軽量材料の創成に取り組んでいます．
新規超高強度・高靭性・高延性鉄鋼材料の開発
私たちの社会に欠かすことのできない基盤材料である鉄鋼材料について，私たちは山陽特殊製鋼，小松製作所との三者共同研究として，700Hv(約HRC60)という高い硬度を保持しつつ，同時に100 J/cm2以上の極めて高いシャルピー衝撃特性（靭性），5%以上の塑性伸びを有する，従来にない超高強度・高靭性・高延性鉄鋼材料の開発を実現しました．現在，このような著しく優れた力学特性の発現メカニズムを解明するとともに，その実用化に向けた開発研究を進めています．本材料の社会普及による部品の小型軽量化・長寿命化が実現されることで，省エネ・CO2排出量削減等を通じた環境問題解決の一助となることを期待しています．日本の社会，経済発展に貢献すべく，本材料の研究開発を精力的に進めています．
熱処理型Al-Si-Mg合金の延性発現メカニズムの解明
近年，環境問題解決を目的として，自動車部品の鉄鋼材料からのAl合金への置き換えによる軽量化，また部品製造工程における熱処理の簡略化・削減による省エネ化が強く求められています．比強度と延性のバランスに優れるAl-Si-Mg合金は自動車用材料として積極的な適用がなされていますが，その優れた力学特性の発現には熱処理が必須です．私たちはこの熱処理を簡略化・削減するために，Al合金中の組織学的因子（結晶粒サイズ・形状，析出物など）がどのように伸びや強度といった機械的性質に影響を与えているのかを基礎的観点から明らかにしていきます．将来的にはこの組織学的因子を熱処理以外の方法で付与することで，熱処理を簡略化・削減しつつも優れた機械的特性を有するAl基合金の開発に繋げることを目指しています．
プロフィール
2021年4月 - 現在 名古屋工業大学, 大学院工学研究科 物理工学科, 助教
2019年10月 - 2021年3月 青森県量子科学センター
2015年7月 - 2019年9月 北海道大学 大学院工学研究院 材料科学部門 助教
2015年6月 北海道大学 大学院工学院 博士後期課程 修了
2015年6月 博士（工学）（北海道大学）
2015年6月 AGH科学技術大学 (ポーランド） 金属工学科 博士後期課程 修了
2015年6月 Ph.D. (Engineering)（AGH科学技術大学）
業績
査読付き論文（代表的なもの）
・T. Tokunaga, K. Hagihara, M. Yamasaki, T. Mayama, K. Yamamoto, H. Narimoto, T. Kida, Y. Kawamura, T. Nakano, “Kink-band formation in the directionally-solidified Mg/LPSO two-phase alloys”，Science and Technology of Advanced Materials (STAM), 23 (2022), 752. (IF: 7.662)
受賞（最近の代表的なもの）