高温合金における新しい「インバー効果」の発見、優れた熱的安定性を実現

磁性材料であるニッケル-鉄（Ni-Fe）合金が温度上昇にもかかわらず膨張しない「インバー効果」に関連する現象が、常磁性（弱磁性）の高温合金において新たに発見されました。

この研究には、新しいインバー効果を説明する一般理論が含まれており、優れた機械的安定性を持つ高温合金の設計を大きく前進させるものです。「不変」を意味するインバー塑性により、磁気的に無秩序なNi-Fe合金は広い温度範囲で実質的に不変の変形挙動を示し、極めて高温環境下でのタービンなどの機械用途に理想的です。

従来のインバー効果の謎を解明

インバー効果には熱膨張と弾性（曲げた後に元に戻る能力）の2つの既知の効果があり、これらは温度と磁気秩序の相互作用に関連しているため、磁気秩序を持つ合金特有のものと考えられてきました。しかし、その詳細なメカニズムは長らく完全には理解されていませんでした。

今回、第一原理量子力学モデリングを用いて、立方最密充填構造と六方最密充填構造の間で原子レベルでの構造的バランスが存在する場合、非磁性合金においても不変塑性が生じることが明らかになりました。この発見により、インバー現象と材料組成の選択肢が広がり、新たな応用への道が開かれています。

ジェットエンジン用超合金の理解にも貢献

新たな知見は、ジェットエンジンに使用されるニッケル基超合金など、特殊合金の奇妙な高温特性を説明する手がかりにもなります。研究チームは、磁気秩序を必要とせずにインバー型の挙動が生じるメカニズムを理論的に解明し、材料設計の指針を提供しました。

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