ISSN0913-0020

The Japan Research and Development Center for Metals

一般財団法人

金属系材料研究開発センター

2024.07

No.448

TODAY
しています。令和６年度は初年度ということもあり、１件当たり 150 万円の資金を交付し、合計 5 件程度を採択する予定にしています。
領収書の提出を求めない使い勝手の良い研究資金になっています。キラッと光る、まさにエッジの効いた研究テーマが出てくることを期待しています。
第４は、令和 6 年度に製造技術のデジタル化・データ化を進めるプロジェクトをいくつか立ち上げています。
まず、秋田県の由利本荘地域をモデル地域
として、製造業の熟練技術者の技能・技術の伝承をいかに進めるか、暗黙知を如何にデー
タ化し AI に読み込ませるところまで持っていくかの検討を開始しました。地元企業、地元の公的な技術指導機関、技能・技術の形式
知化のノウハウを持った企業の参加のもと、他の地域でも使える技能・技術の見える化の方法論「秋田メソッド」を創り上げることを目指しています。
また、技術のデジタル化・データ化については、京都にある株式会社ヒルトップにおいて試作品加工の過程において、職人の技を全てプログラム化し 24 時間無人で工作機械を稼働させるというビジネスが既に始まっています。同社でこのビジネスモデルを実現した
役員の方に、その経験を 11 月 8 日（金）夕
刻に当協会の一般向けセミナーで語っていた
だく予定です。
ご関心があればぜひご参加ください。詳細は後日、下記の機械システム振興協会ホームページにてお知らせします。

一般財団法人機械システム振興協会
専務理事・イノベーションセンター長

相澤徹

今回は JRCM NEWS の紙面をお借りして、小生が勤務している一般財団法人機械システ
ム振興協会の事業について、いくつかご紹介させて下さい。
まず第１は、令和 5 年度に鉄スクラップの高精度選別システムを検討するプロジェクトを実施しました。これは鉄スクラップの選別にあたって画像処理技術やロボットなど最先端の技術を使って効率化を図ろうというもの
で、東京大学工学部の星野岳穂教授に委員長をお願いし、関係者の方にお集まり頂いて１
年間議論をしたものです。
第２は、同じく令和 5 年度に製造業の開発、設計、製造の各段階で生成 AI を如何に使うかの検討プロジェクトを行いました。企業の方にも参加して頂き、著作権法からの議論も含めて、生成 AI 利用のメリットとリスクの評価方法を議論しました。令和 6 年度は生成
AI を利用するための社内データの構築方法について議論する予定です。
上記の令和 5 年度プロジェクトの成果報告
書は希望者に差し上げています。ご関心のある方はぜひ当協会のホームページ（下記参照）
経由でご連絡下さい。
第３は、令和６年度からの新事業として、大学等の若手研究者による先端的分野の研究に対し、研究資金を当協会から交付して共同の調査・研究を行う公募事業を開始しました。
7 月１日が公募の締め切りですが、既に全国の 70 余りの大学等に本事業のお知らせを機械システム振興協会ホームページ：
https://www.mssf.or.jp/

1

JRCM REPORTNEDO 航空機エンジン向け材料開発・評価システム基盤整備事業
研究開発項目２「革新的合金探索手法の開発」
ハイエントロピー合金に関する基盤技術検討および調査（文献調査）について( 一財 ) 金属系材料研究開発センター

総務企画部 主席研究員

宮前 収

直近は、HEAs に限定されず、多成分系の MPEAs
JRCM は、2021 年度から 2023 年度にてハイエ、多成分で少なくともントロピー合金（High Entropy alloys : 以下、HEAs） （multi-principal element alloys）
に関する標記の調査を実施しましたので、概要を 2 つの相を含む CCAs（complex concentrated alloys）
次のとおりご報告いたします。この成果は、国立研 も HEAs と並んで研究対象になることが多くなってき
究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 ており、CCAs、MPEAs も調査対象にしています。
1-1. HEAs の論文調査（NEDO）の委託業務の結果得られたものです。
2017 年から 2021 年 11 月までの 523 件の論文か標記の「航空機エンジン向け材料開発・評価シ
ステム基盤整備事業」は、2015 年度の経済産業省 らを母集合として航空機エンジンへの適用が考えら「電子ビーム三次元金属積造形技術の周辺技術等」 れる 103 件を抽出し、動向を整理しました。
合金の種類別では、早くから研究されている Cantor
に関する技術動向調査と、これに続く 2017 年度
NEDO エネルギー・環境新技術先導プログラム「三 合金（CoCrFeMnNi）が最も多くみられます（図 1）。
次元金属積層造形における新合金開発の合金設計シ 次に軽量化で研究対象になることが多い Al 系合金、
ミュレーション技術の研究開発」を経て行ってい Ti 系合金が続いています。超耐熱合金として米国空る事業です。2015 年度の調査結果は、JRCM News 軍研究所などで研究されている高融点元素を組み合No.357 に、2017 年度の先導プログラムの JRCM 担 わせた NbMoTaW 合金、NbMoTaVW 合金も一画を当分の調査結果は、JRCM News No.383 に概要を載 占めています。
温度別の論文数では、600 ～ 1000℃が多く、1200℃
せています。さらに 2021 年度と 2022 年度の成果
概要を JRCM News No.439 に載せており、今回は 超はまだ少ないことがわかりました（図 2）。
2023 年度の成果を加え 2021 年度からの全体の成果概要になります。
本事業は、我が国の航空機エンジン向け材料及び部品製造における競争力向上に資するため、(1) 量産化を志向した航空機エンジン部品の設計・製造プ
ロセス（特に鍛造プロセス）の効率化、(2) 人工知能（AI）、マテリアルズ・インフォマティクス（以下、MI）等の計算機科学を利用した国産材料の開発、(3)
航空当局の認証取得に向けた航空機エンジンの材料
図 1 合金の種類別論文数 図 2 合金の温度別論文数
特性及び実環境下における性能等のデータ収集、整備、蓄積を実施していくものです。この中で JRCM は、 1-2. HEAs の特許調査
以下の調査研究を行っています。
2012 年から 2021 年 11 月公開の特許を検索、抽2021 年度：HEAs の論文・特許調査
出し、動向を整理したものが図 3 です。2018 年か
2022 年度：MI の論文・特許調査及びコンビナトリ
アル手法の論文調査
2023 年度：耐熱 HEAs のデータベース構築、耐熱
HEAs の研究経緯調査及び航空機エンジン用材料の論文調査
1. HEAs の論文・特許調査2005 年頃から HEAs と呼ばれる新しい合金概念が提唱され大きな注目を集め、論文数も増加しています。特に最近 7 年間ほどは増加傾向に拍車が掛かっています。HEAs の定義は、JRCM News No.439 を
図 3 HEAs の出願先国別の特許出願公開件数の推移
参照ください。
JRCM NEWS No.448

2

ら出願公開件数の増加が加速しており、中国への出願が圧倒的に多いことがわかります。
内容では、中国の国立防衛技術大学と中国人民解放軍軍事科学研究所からの出願には、米国空軍研究所開発中の NbMoTaW と比較したもの、NbMoTaW
マトリクスを酸化物で分散強化したものが計 4 件あることが特筆されます。
2. MI の論文・特許調査
2-1. MI の論文調査
2002 年から 2022 年 6 月までに公表された 222
件の論文を抽出し、動向を整理しました。MI は、
機械学習を使用しているので HEAs に機械学習を適用した論文を検索、抽出しています。件数が加速的に増加していることがわかります。中国（66 件）、米国（52 件）、インド（36 件）の研究機関から多く公表されています。

表1

機械学習の種類

転移学習 (Transfer Learning)

1

距離学習 (Metric Learning)0

ニューラル・ネットワーク (Neural Network)8

深層学習 (Deep Learning)2

ブースティング (Boosting)0

勾配ブースティング (Gradient Boosting)0

教師あり学習 (Supervised Learning)3

教師なし学習 (Unsupervised Learning)1

表2

機械学習に用いられる手法

サポートベクターマシン (Support Vector Machine)2k 近傍法 (k-Nearest Neighbor Algorithm)

2

ベイズ最適化 (Bayesian Optimization)1

遺伝的アルゴリズム (Genetic Algorithm)

3

決定木 (Decision Tree)0

ランダムフォレスト (Random Forests)1

逆問題 (Inverse Problem)3

能動的学習 (Active Learning)2

敵対的ネットワーク (Generative Adversarial Network)0

条件付き敵対的生成ネットワーク (Condition GAN)

1

サロゲートモデル (Surrogate Model)

1

計算
科学

熱力学計算

2

密度汎関数法 (Density Funcational Theory)4

統計的 正準相関分析 (Canonical Coreelation Analysis)
手法
重回帰分析 (Multiple Regression Analysis)

図4

HEAs に機械学習を適用した論文件数推移

抽出した 222 件を機械学習の 5 つの種類（ニューラル・ネットワーク、深層学習、遺伝的アルゴリズ
ム、逆問題解析、その他機械学習）に分類し、それぞれの機械学習の種類でタイトルと要約を見て幅広い手法をカバーするように 20 件の注目論文を選定しました。被引用回数も選定の参考にしました。この 20 件の注目論文を分類したところ、機械学習の種類では、ニューラル・ネットワークが多いこと、
機械学習の手法では様々な手法が用いられ、計算科学との併用も多いことがわかりました。
学習データの数が多いほど予測精度が向上することが知られています。注目論文を見ると、最低でも数百、多いものになると数十万のデータセットから学習しています。HEAs の MI でも学習データを容易に取得できるデータベースの構築が重要といえます。
プロセスデータを取り込んで所望の特性の材料設計を行うことは今後の課題といえます。
2-2. MI の特許調査
HEAs に限定せず、2022 年 6 月までに公開された金属分野での MI と人工知能などの特許を国際特許分類とキーワードを組み合わせて検索、抽出しました。

1
1

ガウス過程 (Gaussian Process)1

モンテカルロ法 (Monte Carlo Method)0

MI に関する特許出願では、日本国籍の出願人の特許出願が 4 件ありました。
人工知能に関する特許出願では、対象材料は鋼が3 件、HEAs が 2 件、軟磁性アモルファス合金が 2 件、アルミニウム合金と銅合金（導電材）が各 1 件ありました。ほとんどが中国からの出願です。
3. コンビナトリアル手法の論文調査
材料の探索を高速化するには、サンプル作製と評価の高速化によるデータ取得サイクルの高速化とMI を組み合わせることが必要です。サンプル作製と評価を高速化する手法、すなわちコンビナトリア
ル手法の論文調査を行いました。
HEAs に限定せず、2014 年から 2022 年 6 月までに公開された 791 件の金属分野でのコンビナトリア
ル手法の論文を検索、抽出しました。図 5 に論文件数推移を示します。年々増加傾向にあります。図 6に研究機関国籍別論文数を示します。米国と中国が圧倒的に多いことがわかります。
検索、抽出した 791 件の論文のうち、被引用回数の多いもので金属分野での汎用性が高いと思われる
JRCM NEWS No.448

3

図5

図6

コンビナトリアル手法の論文件数推移

RAP は、鋳造、熱間圧延、均質化、冷間圧延、再結晶焼鈍を効率的に組み合わせる方法ですが、組成の自由度ではレーザー DED のほうが有利と考えられます。同じ組成でサイズの大きなサンプルを大量に作製するのに適しています。
今後は、目的によってレーザー DED、マグネトロ
ンスパッタリング、RAP を使い分けることが得策と考えられます。
4. 耐熱 HEAs のデータベース構築
新規の HEAs を開発する際に過去に研究された
HEAs の材料の 3 要素のデータをリレーショナルに迅速に検索・抽出するできることを念頭に最新の80 件の文献情報からデータベースを構築しました（図 7）。HEAs 特有のパラメータを除けば、他の合金にも適用可能です。

コンビナトリアル手法の研究機関国籍別論文数

もの 10 件を選定して概要を整理し、今後の活用における課題を考察しました。
大きく分けると、(1) サンプル作製方法に特徴のあるもの、(2) サンプル評価方法に特徴のあるもの
及び (3) 材料選定の絞り込みに特徴のあるものの 3
つになります。
(1) に つ い て 最 も 多 か っ た の は、 レ ー ザ ー DED（Direct Energy Deposition） に よ る も の で 3 件 あ
り ま し た。 同 じ 積 層 造 形 の SLM（Selective Laser
Melting）に比べると高価な金属パウダーの使用量が圧倒的に少なく、造形速度が圧倒的に速いことが特長です。また、粉末の切り替えにより組成を自在に変更可能な点が有利です。このうちの一つは、2種類のパウダーを混合してからターゲットに噴射しレーザーで溶融するものです。組成の迅速切り替えの面では不利ですが、パウダーの均一混合を重視する場合は、噴射前に混合しておくのは有効な手段と考えられます。
積層造形以外では、マグネトロンスパッタリングとラピッドアロイプロトタイピング（RAP）がありました。マグネトロンスパッタリングは、100nm厚の膜を形成するもので、構造材料に不可欠な機械特性の評価は難しいですが、組織、機能などの評価には有効です。レーザー DED に比べると合成の制御は容易と考えられます。したがって、機能材料の探索には有効な可能性があります。

図7

データベースの概念

多くの作業者が効率的にデータ入力できるように
Access Runtime で 入 力 し、Access で 集 計・ 検 索・
出力するようにしました。
組織は、BCC、FCC などの結晶構造、結晶粒・粒界の特徴などの文字情報に加え、SEM、EDX、XRDなどの画像情報も入力しています（図 8）。

図8組織の入力画面

集計・検索・出力では、HEAs 特有のパラメータ、
温度と比強度の関係、高温酸化などを整理しています。HEAs は、Nb, Mo, Ta などの高融点金属と、Ti,
Zr, Hf, Al, Cr, Si, B などを単独又は組み合わせて構成されているものが多く、カテゴライズしたうえで抽出し整理しています（図 9 ～図 11 に例示）。
JRCM NEWS No.448

4

図9

HEAs 特有のパラメータ

図 10

温度と降伏強度5. 耐熱 HEAs の研究経緯調査
耐熱 HEAs の研究は、2010 年公表の米国空軍研究所の論文が起点になっており、中心的な研究者である Senkov らが 2018 年に公表した Development andexploration of refractory high entropy alloys - A review,
J. Mater. Res., Vol.33（以下、Senkov Review）、No.19の 157 の引用文献の分析と、2021 年～ 2023 年 6 月
公表の 544 件の論文の分析によって整理しました。
Senkov Review の分析結果の例を表 3 に示します。
高融点金属のみの MoNbTaW, MoNbTaVW が発端となり、軽量化や伸び、耐食性改善のために Ti, Al, Zr,
表3
年

論
文
数

2010

1

2011

3

2012

5

Ti 利用

図 11

高温酸化による重量変化

Hf, Cr などが添加されるようになっています。最も多いのは TiZr, HfTiZr 添加、次が Al を高融点金属と組み合わせたもので AlTiZr, AlTi, AlCrTi, AlHfTiZr に分散しています。Si と組みあわせたものも多くみられます。米国空軍研究所の論文が最も多く、北京科技大学が続き、2004 年にハイエントロピー合金の概念を提案した Yeh の所属する台湾の国立清華大学
が 3 番目に多くなっています。
2021 年～ 2023 年 6 月公表の論文の分析結果をの例を Senkov Review と対比させて表 4 に示します。
Senkov Review と比べて高融点金属では、Ta, W の研究対象の耐熱 HEAs の推移

Al 利用

Cr 利用

Hf 利用

高融点
金属のみ

Ti 利用

TiZr 利用

AlTi 利用

AlTiZr 利用

AlHfTiZr
利用

AlCrTi 利用

CrTiZr 利用

その他
Cr 利用

Co, Ni 利用

12

13

41

15

17

9

13

9

9

8

HfTiZr 利用
36

C, N 利用Si 利用

HfTiZr＋ C, N 利用

その他

15

3

6

MoNbTaW
MoNbTaVW
MoNbTaW

HfNbTaTiZr

MoNbTaVW

Cr-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr
NaTaTiV

Mo-Nb-Ti-V- Al-Nb-TaAl-Nb-Ta-Ti-Zr
Zr(8)Ti-V(3)

Cr-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr

HfNbTaTiZr

MoNbTiZr2013

Nb-Ti-V-Zr(4)2

CrNbTiVZr(2)Al-MoNb-Ti-V(6)MoNbTiV2014

CrNbTiZr(2)7Al-Nb-Ta-Ti-Zr(3) Al-Hf-Nb- Al-Cr-Mo-Nb-Ti
Al-Nb-Ta-Ti-V-Zr(2) Ta-Ti-Zr Al-Cr-Mo-Nb-Ti-V
Mo-Nb-Ti-VMoNbTaTiVW
AlNbTiV(2)Zr(15)

Al-Hf-NbAl-Cr-Nb-Ti-V(3)Ta-Ti-Zr(4)Nb-Ti-VZr(3)2015 13

Cr-Ta-TiV-W(2)HfNbTiZr

CrTaVW

HfNbTiVZr
Hf-Nb-Ta-Ti-Zr(HfNbTaTiVZr)N Al-Cr-Mo-Nb-V
Al-Cr-Mo-NbSi-Ti-V

CrHfNbTiZr

Hf-Mo-Nb-Si- C-Hf-Mo-NbTi-Zr(7)Ti-Zr(2)

Hf-Nb-Ta-Zr

Cr-Mo-NbCo-Cr-Ni-V-W HfNbTaTiZr(3)Ta-V-W(2)Co-Cr-Mo-Ni-W HfMoNbTaTiZr
Co-Mo-Ni-V-W HfMoNbTiZr

AlCrMoTiW

HfMoNbTaTiVWZr
HfMoNbTaTiVZr
HfMoTaTiZr
MoNbTaV(2) NaTaTiVW

2016 17 NbTaVW

MoTaVW

Al-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr

AlCrMoNbTi

Hf-Nb-Ta-Ti-Zr(6)Hf-Mo-Nb-Ta-Ti-Zr(2) Hf-Nb-Si-Ti-V
Hf-Mo-Nb-Ti-Zr(3) Hf-Nb-Si-Ti-V-Zr

MoNbTaTiVW

MoNbTaTiVW

MoNbTaTiZr Al-Mo-TaAl-Nb-Ti-V-Zr(5)(2)
Ti-V(3)

Mo-Nb-TaMoNbTaTiW MoNbTaTiVZr
V-W
2017 19 Mo-Nb-Ta-W MoNbTaTiV MoNbTiWZr
MoTaTiV

AlCrMoNbTi

Hf-Nb-Ta-Ti-Zr
HfNbTaTiVZr

Al-Cr-Mo-NbSi-Ti

Hf-Nb-Ta-Ti-Zr

Hf-Mo-Nb-SiTi-V(3)CrNbTiZr

CoCrMoNb

AlCrMoTaTi

CrMoNbTaTiVWZr

Co-Cr-Mo-NbHfMoTiWZr
Ti(4)Al-Cr-Nb-Ti-V

CrMoNbTaTiVZr

MoNbTiVZr
NbTaTiZr
NbTiVZr

2018 10

Mo-Nb-TaAl-Hf-NbMoNbTaTiZr AlMoNbTi Al-Nb-Ta-Ti-Zr(2)AlCrMoNbTi(2)Ti-W(4)
Ta-Ti-Zr(4)MoNbTaVW

NbTiVZr

Al-Mo-Nb-Ta-TiZr(3)AlCrMoTi

Cr-Ta-TiV-W(3)HfNbTaTiZr(2)CrTaVW

HfNbTiZr
Hf-Nb-Ti-V-Zr

JRCM NEWS No.448

5

CrMoNbReTaVW
Hf-Mo-Nb-Ti-V

Hf-Ta-Ti-Zr(4)MoTiVZr

MoNbTaW

Al-Cr-Hf-MoNb-Ti-V-W

Al-Cr-Mo-SiTa-Ti

表4
合金の種類
Senkov Review 数
合金
比率 (% )
2021 ～ 2023.6 数
検索・抽出論文 比率 (% )検索・抽出した論文と Senkov Review 記載の耐熱 HEAs の構成元素
Ti 利用

Al 利用

Cr 利用

高融点
金属
のみ

Ti 利用

TiZr 利用

AlTi 利
用

12

13

41

15

17

9

6%

7%

22%

8%

9%

49

33

53

131

77

9%

6%

10%

24%

14%

AlTiZr AlHfTiZr AlCrTi
利用
利用
利用

材料別の論文件数

図 13

HfTiZr利用

HfTiZr
以外
利用

Si
利用

C,N
利用

8

36

0

15

4

5%

4%

19%

0%

8%

2%

26

57

98

48

31

33

5%

10%

18%

9%

6%

6%

CrTiZr
利用

その他
Cr 利用

13

9

9

5%

7%

5%

9

40

17

2%

7%

3%

比率が増加し Mo, V の比率が大きく減少しています。
高融点金属以外では、Ti, Al, Zr の減少と Ni の増加が目立ち、Fe, B, O, N, C, Cu, Sn, Y, Be, Sc, Mg, Ru, Erの添加があり、C, N のように微量添加されるものも増えてきています。高融点金属以外のグループでは、
AlTi, AlTiZr, Co,Ni, HfTiZr 以外の Hf, C, N が挙げられます。論文数の順位は大きく変化しており、大連理工大学が最多、西北工業大学が 2 番目になっています。米国は、2020 年から ULTIMATE プロジェク
トが開始されており、ノース・テキサス大学、カリ
フォルニア大学、ロスアラモス国立研究所などの論文が公表されています。
6. 航空機エンジン用材料の論文調査
前述のように最近では HEAs だけでなく MPEAs、
CCAs も並列に研究されていること、実用化されている Ni 超合金、TiAl 金属間化合物などと対比して
HEAs の位置付けを理解する必要があることから、航空機エンジン用材料の論文調査を行いました。2003
年 1 月～ 2023 年 6 月公表の被引用回数上位のものを中心に 233 件をピックアップして分析しました。
図 12 ～図 14 に調査結果の例を示します。材料別
では、Ni 基合金が多く、Ti 合金、TiAl 金属間化合物、Mo 基合金が続きます。HEAs が 4 件あります。製
造方法等の特徴別では、積層造形で作成されたものが多く、単結晶や粉末冶金で作成されたものが続いています。課題別では、疲労強度、クリープが多く、

図 12

Hf 利用

酸化、腐食や被切削性、加工性が続いています。接
合性、靭性、耐摩耗性がその次に多くなっています。
7. 総括
以上を総括すると以下のようになります。
1) HEAs の論文を温度別、種類別に傾向を整理した。
2) HEAs の特許出願が急増しており、中国への出願が圧倒的に多い。
3) HEAs の MI の論文・特許出願は急増している。
なかでもニューラル・ネットワークの論文が多く、計算科学との組み合わせも多い。
4) コンビナトリアル手法の論文が急増しており、米国と中国が圧倒的に多い。
5) 耐熱 HEAs のデータベースを Access にて構築し、組成・プロセス・組織・特性をリレーショナルに検索・抽出可能である。組織には顕微鏡写真等の画像も含まれる。80 件の論文データを入力し、HEAs の種類ごとに HEAs 特有のパラメータ、特性を整理した。
HEAs 以外の金属にも適用可能である。
6) 2010 年公表の米国空軍研究所の論文を起点とす
る HEAs の研究経緯を調査し、高融点金属とその他元素の組み合わせの推移を整理した。C, N のよ
うに微量添加される HEAs も増えてきている。
7) 航空機エンジン用材料の論文調査を行い、Ni 基
合金、Ti 合金、TiAl 金属間化合物、Mo 基合金が多い。HEAs も少数ながら存在した。製造法では、積層造形が多い。

製造方法等の特徴別の論文件数

The Japan Research and Development Center for Metals

Co, Ni
利用

図 14

課題別の論文件数

JRCM NEWS ／第 448 号

発 行
発行人
発行所

2024 年 7 月 1 日
小紫 正樹
一般財団法人 金属系材料研究開発センター

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