冶金学：温度変動耐性に優れた軽量形状記憶合金

航空宇宙探査などの先進的応用では、材料は、軽量性、機能性、極端な温度変動耐性をバランスよく示さなければならない。形状記憶合金は、強度や靭性、超弾性による顕著なひずみ回復が期待されるが、軽量性と極低温での効果的な動作を両立させることは困難である。今回我々は、こうした厳しい基準を満たす新しい形状記憶合金を提案する。この合金は、主にTiとAlから構成されていて、Ti_75.25Al₂₀Cr_4.75という化学組成を有し、優れた超弾性を示すと同時に、室温で低い密度（4.36 × 10³ kg m⁻³）と高い比強度（185 × 10³ Pa m³/kg）を特徴とする。規則構造の体心立方晶系母相から規則構造の直方晶系マルテンサイトへの可逆的な応力誘起相変態に起因する超弾性により、7％を超える回復可能ひずみが実現された。この機能性は、変態応力の異常な温度依存性に起因して、4.2 Kの極低温から室温以上までの幅広い温度範囲にわたって持続する。冷却時に特定のしきい値を下回ると、臨界変態応力は温度と逆相関する。我々は、この挙動を、異常な温度依存性を示す母相の格子不安定性の視点から解釈する。この合金は、深宇宙や液化ガスなどの極端な環境条件向けに設計された部品だけでなく、柔軟なひずみ調整を必要とする日用品においても可能性を有している。

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