Recent improvement and evaluation of radiation resistance and magnetic properties of high entropy alloys and their applications

高エントロピー合金の耐放射線性・磁気特性の最近の改善・評価とその応用について

若井 栄一  ; 能登 裕之*; 柴山 環樹*; 古谷 一幸*; 涌井 隆  ; 安堂 正己*; 牧村 俊助*; 石田 卓*

Wakai, Eiichi; Noto, Hiroyuki*; Shibayama, Tamaki*; Furuya, Kazuyuki*; Wakui, Takashi; Ando, Masami*; Makimura, Shunsuke*; Ishida, Taku*

高エントロピー合金は、その固有の特性により高い強度と良好な延性を併せ持つ傾向にある。本物質はより高性能な将来の一般産業用途だけでなく、原子力や放射線環境下での放射線影響機器の耐久性や適用範囲を高めるためにも、有望な新物質として考えられており、近年、急激に注目がされ始めている。本研究では、高エネルギー加速器ターゲットシステム部品, 原子炉, 核融合炉等の放射線下で使用される新機能材料として応用を目指し、低放射能元素(Ni, Coを含まない)からなる2種類の高エントロピー合金(Fe-Mn-V-Cr-Al-C、Fe-Si-W-Cr-V)の作製とその基本特性評価を行った。本研究で開発中の2つの材料は、次の点でそれぞれユニークな性質を持つ。前者は高強度・低放射化という特徴を共有する新しい構造材料や磁気特性として、ハイパワーモーター系材料の基礎研究として発展することが期待される。一方で、後者は、金属元素の中で最も高い融点を持つタングステンと、かなり高融点のバナジウムを混合して合金の融点を上げ、かつ高強度な合金を設計することで、新しい工学分野での新機能材料としての応用が期待されるものと考えられるものである。

High entropy alloys tend to combine high strength with good ductility due to their inherent properties. This material is considered as a promising new material not only for higher-performance future general industrial applications, but also for increasing the durability and range of application of radiation-affected equipment in nuclear and radiation environments, and has been rapidly gaining attention in recent years. In this study, two types of high-entropy alloys (Fe-Mn-V-Cr-Al-C and Fe-Si-W-Cr-V) composed of low-radioactive elements (without Ni and Co) were prepared and their basic properties were evaluated for application as new functional materials to be used under radiation in high-energy accelerator target system components, nuclear reactors, fusion reactors, etc. and their basic properties were evaluated. The two materials under development in this study have unique properties in the following respects. The former is expected to be developed as a basic research for high-power motor materials as a new structural material and magnetic properties sharing the features of high strength and low radiation. On the other hand, the latter is expected to be applied as a new functional material in new engineering fields by mixing tungsten, which has the highest melting point among metallic elements, with vanadium, which has a considerably higher melting point, to raise the melting point of the alloy and to design an alloy with high strength.