高耐熱性ハイエントロピー合金の特異な力学特性の起源

Origin of the unique mechanical properties of refractory high-entropy alloys

都留 智仁   ; Han, S.*; Chen, Z.*; Lobzenko I.   ; 乾 晴行*

Tsuru, Tomohito; Han, S.*; Chen, Z.*; Lobzenko, I.; Inui, Haruyuki*

BCC相の代表的なハイエントロピー合金であるVNbMoTaWは、第5、第6周期の高融点金属で構成されており、それらの合金系の融点も高いことから高耐熱性(Refractory)ハイエントロピー合金と呼ばれている。VNbMoTaWとともにBCC相の代表的なハイエントロピー合金として知られているTiZrNbTaHfは同じく単相であり、VNbMoTaWに比べて融点は500C低いものの、他のBCC合金に見られない室温以下の低温における優れた延性を示すことが知られている。VNbMoTaWとTiZrNbTaHfの二つの高耐熱性ハイエントロピー合金は、強度以外にもすべり挙動などの異なる特性を示すことが報告されているが、どのような特性が力学特性を支配しているかを理解することが、高温強度に優れかつ低温の延性を持つような高耐熱性合金などの優れた合金設計のためには不可欠である。VNbMoTaWとTiZrNbTaHfはいずれも単相合金であることを考えると、構成元素と転位などの変形の基礎となる特性の関係にその鍵があるはずである。本稿では、この二つの高耐熱性ハイエントロピー合金の力学特性の違いについて、実験、理論、計算機シミュレーションを駆使して、延性と強度を制御する重要な因子について検討した結果を紹介する。

VNbMoTaW, a typical high-entropy alloy with the BCC phase, is composed of metals with high melting points, and is called a reflectory high-entropy alloy. TiZrNbTaHf, which are also known as typical high-entropy alloys with the BCC phase, are also single phase and have a melting point 500 C lower than that of VNbMoTaW, but are known to exhibit excellent ductility at low temperatures below room temperature. Understanding what properties govern the mechanical properties is essential for designing alloys such as high-temperature resistant alloys with excellent high-temperature strength and low-temperature ductility. Given that both VNbMoTaW and TiZrNbTaHf are single-phase alloys, the key lies in the relationship between the constituent elements and the properties underlying the deformation, such as dislocations. This paper presents the results of the differences in mechanical properties of these two refractory high-entropy alloys, using experimental, theoretical, and computer simulations to investigate the key factors controlling ductility and strength.