鉄系ハイエントロピー合金の特性評価

Characterization of Iron-based high-entropy alloy

若井 栄一  ; 柴山 環樹*; 能登 裕之*; 涌井 隆  

Wakai, Eiichi; Shibayama, Tamaki*; Noto, Hiroyuki*; Wakui, Takashi

本研究では、高エネルギー加速器標的系機器、原子炉や核融合炉等の新機能材料への適用を目指し、低放射化性の元素(NiとCoを含まない)からなる鉄基ハイエントロピー合金(Fe-Mn-V-Cr-Al-C)を高周波溶解法によって試作を行い、その基本特性を評価した。本材料をXRDで解析結果、BCCの結晶構造を持ち、その中にバナジウムカーバイド(VC)が析出していることが分かった。また、本材料は、磁性を持つだけでなく、かなり小さい磁区構造を有していることが分かった。結晶粒のサイズは、均質化熱処理を1150Cで施したにもかかわらず、比較的に微小な結晶粒(約20-50m)が観察された。強度特性に関しては、ビッカース硬さ測定の結果から、通常の鉄合金に比べて遥かに硬く、純タングステンをやや超える硬さであり、弾性波の速度計測では鉄系材料よりも速く、ステンレス鋼よりも高い弾性率を持つことが示された。

In this study, we fabricated a prototype iron-based high-entropy alloy (Fe-Mn-V-Cr-Al-C) composed of low activation elements (free of Ni and Co) by radio frequency melting method and evaluated its basic properties, aiming to apply it to new functional materials for high-energy accelerator target system components, nuclear reactors and fusion reactors. XRD analysis of this material revealed that it has a BCC crystal structure, in which vanadium carbide (VC) is precipitated. This material was found not only to be magnetic, but also to have a fairly small magnetic domain structure. As for the grain size, relatively small grains (about 20-50 m) were observed despite the homogenization heat treatment at 1150C. With regard to strength properties, the results of Vickers hardness measurements indicated that the alloy was much harder than ordinary iron alloys, slightly exceeding pure tungsten, and elastic wave velocity measurements showed that it was faster than iron-based materials and had a higher elastic modulus than stainless steel.