構造材料データベースの自動×超高速生成システムの開発に成功

高精度な実験データは、マテリアル分野におけるメカニズム解明、理論・モデル構築、数値シミュレーション、AI・機械学習を支える基盤情報であり、材料イノベーションの源泉です。特に、耐熱超合金は多数の元素で構成されるうえ、複雑なミクロ組織構造を有するため、構造・プロセスの最適化には、多量かつ高精度なプロセス-構造-特性データベースが必要になります。しかしながら、実験データベース構築には長い年月をかけた地道な実験と膨大な資源投入が必要であり、合金開発の障壁となっていました。

今回、本研究チームは、航空機エンジンタービンディスク用途としてNIMSが開発したNi-Co基超合金を例題に、プロセス(熱処理温度)、構造(析出物情報)、特性(降伏応力)に関する数千点のデータセットを自動×超高速で取得可能な新規評価システムを開発しました。熱処理は、独自開発した温度傾斜熱処理炉を用いることで、単一サンプル内に幅広い温度での熱処理を行うことが可能です。析出物情報および降伏応力は、Python言語により自動化された走査型電子顕微鏡およびナノインデンテーションを連携させ、温度傾斜サンプルの各座標において高速評価・ポスト処理することにより取得可能です。最終的に、従来は取得に7年3か月を要するプロセス-構造-特性データセットの情報量を、わずか13日で取得できることを実証しました。

今後、本成果をNIMSが提案する様々な超合金のデータベース構築に展開するとともに、高温降伏応力やクリープ特性取得への新規技術開発を進めていく予定です。さらに、得られたデータベースを活用し、材料設計に欠かせない多元系平衡状態図の構築やデータ駆動型新合金探索を進め、カーボンニュートラルに貢献する新たな耐熱超合金の創製につなげていきます。

• 本研究はNIMS構造材料研究センター 高信頼性耐熱材料グループのThomas HOEFLER(トーマス ヘーフラ) ポスドク研究員、長田 俊郎 グループリーダー、超耐熱材料グループの池田 亜矢子 研究員、川岸 京子 グループリーダー、微細組織解析グループの原 徹 上席研究員、および同センターの大村 孝仁 センター長からなる研究チームによって、 防衛装備庁が実施する安全保障技術研究推進制度JPJ004596(タイプS)「多元組成傾斜バルク材を用いた高温構造材料の網羅的な高効率探索」(責任者:大村孝仁)の一環として行われました。
• 本研究成果は、2025年6月20日に国際学術誌Materials & Designのオンライン版に掲載されました。