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

2019.8No.394

TODAY

本来の研究環境を取り戻そう！

では作業管理や工程管理になってしまっています。

一般社団法人日本伸銅協会
専務理事（研究管理の第一の目的は）本来、研究管理の目的は、期待される研究成亀井 隆徳（想定する研究の類型）
この冊子をご覧になる方々は、一口に研究と果を効率的に生み出すことを促進、支援することに有るのであり、計画に定めた通りに実施する（させる）ことは、手段の一つに過ぎません。

言っても段階（基礎、応用、実用化）や目的、アウトプットの種類などによって色々な分類がされるということは良くご存じだと思います。
本稿で取り上げるのは、それらの内、「新たな発見を期待したり、仮説を証明するために行うような研究」を考えます。
（管理のための管理に陥っている）
ここで研究管理と言っているのは、企業内、大学内あるいは研究資金の交付組織などでの研究管理のことです。研究管理の手法に関しては管理のための管理は本末転倒です。
（改善への提言）
まず第一は、研究管理を行う者に、研究を成功させたいという動機付けを行うことが重要です。海外の多くのファンディングボディー（研究資金の交付を行う組織）は、その組織自体が当該分野の研究の実施機関であるため、この動機を強く有しています。研究管理者が研究管理自体にしか行動の動機付けがなされていないな
らば何をか言わんやですね。

これまで色々な議論を経て進歩してきていると思いますが、最近の研究管理を見聞きして一番の問題だと感じることを指摘したいと思いま

第二は、研究管理を行う組織（部署）の上級管理者が本問題を正しく認識するだけでなく、現場の管理業務実施部隊にその意識を丁寧に教す。それは、研究管理の手法が形式的、硬直的になり過ぎており、まるで管理を行うことその育、指導することが必要不可欠なのです。事件は現場で起こっています。

ものが目的と化していることです。
例えば「研究期間途中での計画の変更は原則として認めない。」という風潮はその最たるもの

そして第三は、本問題に気付いた研究者は、機会を捉えて粘り強く研究管理の不合理な点を指摘し続けることです。不合理な管理手法の改です。本稿の最初に規定したような種類の研究においては、研究の進捗に伴い新たな発見、現善をあきらめて無言で受け入れることが、事態をさらに悪化させる誘因となりかねません。

象や新たな仮説が生まれますが、それこそが貴重な成果であり、それを更に追求するために新たな方法を工夫することが最も重要なのです。

（賞味期限切れの日本文化からの脱皮に向けて）
一億総中流社会として標準化、規格化、統一化を優先事項として教育、伝承してきた日本人

つまり、より良い成果を得るためには、適宜適切な研究計画の変更こそが真の知的創造をもたが、画一的な管理を行う能力に優れたていた時代は賞味期限切れです。これからのグローバルらすとも言えましょう。
ところが、最近の研究管理の典型は、あらかじめ決めたことを定めた期間で定めた費用で過不足なく実施することを求めています。これな競争社会のなかで勝ち抜いていくためには、創意工夫、柔軟、変化、先取りなどに価値を見出す新しい日本文化を目指していくことが最も求められているのです。

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JRCM REPORT

省エネルギー戦略に寄与する “ ヘテロナノ ” 超高強度銅合金材の開発〜革新的な組織制御技術による超高強度金属材料創製への挑戦〜
国立大学法人 豊橋技術科学大学教授
三浦 博己
針が必須であった。

現在、地球温暖化対策として、「脱炭素社会」
・「省エネルギー化」を目指した各種プロジェク

これまで多くの金属 ･ 合金の高強度化技術トが全世界で強力に取り組まれている。そのが開発され、実際の工業的大量生産に活用さ未来図の一つとして「水素社会」が挙げられ、れている。最も有効な高強度化法としては図 1

水素を燃料とした輸送機器とインフラ開発がに示す、行われている。しかし、水素社会の実現に重(1) 結晶粒を細かくして強度を上げる「結晶粒微細化強化法」、要な喫緊の課題の一つとして、「耐水素脆化材料」の開発がある。実は、水素は金属材料を(2) 各種元素の添加による「固溶強化法」、脆くさせ破壊しやすくする「水素脆化 ( ぜい(3) 加工ひずみを加える「加工硬化法」、か )」という性質を有し、水素社会実現のため(4) 微細な粒子を分散させて強度を上げる「析出強化 / 分散強化法」、にはその対策が極めて重要である。一般的には、ステンレス鋼に希少金属であるニッケル等が挙げられ、これらは教科書な知見でもあを大量に添加し、あるいは水素圧力を著しくる。しかし、より高まる構造材料・機能材料低くする、等の対策が講じられている。しかし、の高強度化や電子部品等の微細集積化によるそれでも水素脆化や水素の漏れを完全には抑加工性の改善等の要求、さらには耐水素脆化制できないばかりか、希少金属ニッケルの大超高強度銅合金の開発目標に対し、従来の強量添加は水素ステーション等のインフラ建設化方法ではこれらニーズに応えられなくなっ費を高騰させ、その拡充の大きな障害となってきた。同時に、中国の輸出規制によって戦ている。一方、銅と銅合金は水素脆化を起こ略物質となった希土類や希少金属の価格高騰、さない素材として古くから知られている。しかしながら銅と銅合金はステンレス鋼に比べて強度が低く、その代替構造材料としての利用は困難と考えられていた。日本伸銅協会を中心とする研究グループは、この難題に対し産学官の総力を結集させ、ステンレス鋼の代替材としての「水素脆化の無い超高強度銅合金」の開発を目指し、NEDO プロジェクト「省エネルギー戦略に寄与する " ヘテロナノ " 超高強度銅合金材の開発」を 2018 年 10 月からスタートさせた。目標実現のためには、従来の材料設計思想とは全く異なる、金属・合金の図1

強化手法と組織制御手法に対する革新的な指JRCM NEWS No.394

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金属 ･ 合金の主要な強化機構の模式図

持続的成長への社会的要求によるリサイクル織が発達し、その結晶粒径は数十ナノメーター性の向上等によって、大量の元素添加に頼ると超微細で、巨大ひずみ加工法で得られる組ことなく各種力学特性と機能性を向上可能な織と同等以下のサイズであった。

革新的な手法が必要となっていた。
近年、金属・合金の大幅な特性改善を目標として、「巨大ひずみ加工法」を用いた研究が世界中で行われている。これは、金属・合金に数百〜数千パーセントもの極めて大きな加工ひずみを加えて、結晶粒を超微細化する手法であり、実際に旧来の加工熱処理法では達成が困難な平均結晶粒径 1 ミクロンメーター以下の超微細粒組織が達成されている。しかし、適用可能な試料サイズに限界があり、また、加工プロセスの複雑さ等の理由もあり、工業

図 2 Cu-Al 合金中に高密度に発現した針状の変形双晶と、それによって形成されたヘテロナノ組織の透過型電子顕微鏡写真的な大量生産には不向きであった。さらに、
巨大ひずみ加工法によって獲得できる特性は従来材料の延長線上にあり、劇的な特性改善が困難であることが明らかになってきたこと

さらに、これらヘテロナノ組織は、従来の常から、急速に研究活動が減退しつつある。こ識を越える異常な高強度と優れた延性のバラのため、革新的な材料設計指針と、それに基ンスを有することが明らかとなった。図 3 にづく超微細粒組創製のための簡便な新プロセ引張試験結果の例を示す。比較のため、巨大スの開発が強く望まれていた。

ひずみ加工法の一種である多軸鍛造 (MDF) 加工した Cu-Al 合金試料のデータも示した。図 3

この様な背景の中、日本伸銅協会を中心とする研究グループは、上述の巨大ひずみ加工材を凌ぐ各種特性を、工業的生産に利用される「冷間圧延」によって獲得する研究を継続的に行ってきた。冷間圧延は様々な金属・合金の生産加工に使われる汎用的な手法であり、このような古典的手法による目標の達成は困難と予想されていた。しかし最近、「変形双晶」と呼ばれる超微細な針状組織を雪崩現象的に高密度に導入する技術を開発するに至り、材料設計と製造上のブレークスルーをもたらした。これら組織は、圧延によって形成される一般的な組織とは大きく異なり、全てが変形誘起 ( ヘテロ ) のナノサイズ組織であることから、「ヘテロナノ組織」と命名された。例とし

図 3 Cu-Al 合金のヘテロナノ組織材と多軸鍛造 (MDF) 材の引張挙動の比較。後者が圧倒的に高強度である。ヘテロナノ組織材は、一般的な Cu-Al 合金の 2 倍以上の強度を有す。て、Cu-Al 合金中に発達したヘテロナノ組織を
図 2 に示す。粗大だった初期結晶粒が変形双晶によって分断された「ヘリンボーン状」組

JRCM NEWS No.3943より、ヘテロナノ組織材の方が多軸鍛造材よヘテロナノ組織は従来材の特性の延長線上にり圧倒的に強度が高く、また極めて優れた強は無い常識を越えた優れた特性を有する、こ度と延性 ( 伸び ) バランスを有することが明らとが明らかにされつつある。

かである。一般的な Cu-Al 合金の引張強度は約

これまでの研究結果から、単純な冷間圧延

450MPa 程度であるので、延性を大きく損なによるヘテロナノ組織の導入によって、金属・わずに 2 倍以上の強度が達成されたことにな合金への添加元素の種類や量を減らしつつ、る。一般的に、金属 ･ 合金の強度が上昇する種々の特性を高いバランスで両立できる可能と、延性は低下する。したがって、ヘテロナ性が示された。単純強圧延による超微細粒組ノ Cu-Al 合金は、従来の材料とは大きく異なる織形成は、容易に工業的に活用可能な技術と「異常に優れた材料特性」を有することが明ら考えられ、しかもプロセス数低減による生産かである。

コスト削減のメリットも大きい。

ヘテロナノ組織による金属・合金の高強度本技術は、NEDO 研究費での「省エネルギー化法は、希少金属添加量の削減や製造加工熱戦略に寄与する ” ヘテロナノ ” 超高強度銅合金処理プロセス数を低減、さらにリサイクル性材の開発（2018.8 から、5 年間）」と「ヘテロ向上等にも寄与する。ヘテロナノ組織は、強ナノ組織を活用した革新的 ” 超 ” 高強度銅合金

度と延性の優れたバランスの他に、高疲労強の設計技術及び製造技術の研究開発（2017.4

度、高耐衝撃特性、耐水素脆性、高耐摩耗性、から 2018.3）」として産学官連携による研究高耐腐食性、等々の極めて優れた特性をあわ開発が進行中である。繰り返しになるが、特せ持っていることが明らかになりつつあり、に前者の「省エネルギー戦略に寄与する “ ヘテ各種業界で大きな注目を集めている。そして、ロナノ ” 超高強度銅合金材の開発」では、近超高強度銅合金の他に、超高強度ステンレスい将来の「水素社会」を見越して「水素脆化鋼や超高強度純チタンの研究開発も併せて進の無い超高強度銅・銅合金」を開発し、素材・められている。ヘテロナノ組織は極めて強度機器・インフラ産業ひいては我が国のエネルが高く、例えば SUS316L ステンレス鋼ではギー戦略に資することを目的とし、全力を挙[1]げて研究開発を行っているところであり、既板材としては世界最高の引張強度 2.7GPa 、[2]

ま た Cu-Be 合 金 で は 1.8 GPa 、Cu-Ti-Co 合にステンレス鋼と同等の強度の銅合金を開発

金強圧延材は Ti 添加量がわずか 2%で引張強しつつある。一般的な圧延機を用いての大量[3]が 達 成 さ れ た。 上 述 ヘ テ ロ ナ ノ生産が可能であるため、プロセス数低減によ

SUS316L はマルエージング鋼より機械的特性る大幅なコスト低減が可能である。さらに、が優れ、Cu-Be 合金は高強度鉄鋼材料より強度今後様々な合金素材への展開も期待されるこが高い。また Cu-Ti 合金では Ti 添加量が少なとから、波及効果が極めて大きな革新的技術いため、導電率 15%、伸び 15%、と優れたバとして注目される。

度 1.2GPa

ランスの特性も達成された。ヘテロナノ組織

参考文献[1] H.Miura et al., Scr. Mater., Vol.133, (2017) pp.33–36.
[2] 三浦博己 他 , 銅と銅合金 , Vol.52, (2013) pp.121-125.
[3] 三浦博己 他 , 銅と銅合金 , Vol.54, (2015) pp.15-20.

は、他種のステンレス鋼や銅合金、さらにはマグネシウム合金でも確認された。この様に、

The Japan Research and Development Center for Metals

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JRCM NEWS ／第 394 号

2019 年 8 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〒 105-0003 東京都港区西新橋一丁目 5 番 11 号 第 11 東洋海事ビル 6 階

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