巻頭言
新しい構造材料として期待される高エントロピー合金
強ひずみ加工したCoCrFeMnNi高エントロピー合金における原子配列の例
（高分解能透過型電子顕微鏡：HRTEMにより観察）
構造材料の軽量化はさまざまな産業分野にとって永遠の課題である。例えば、自動車、鉄道車両、航空機などの輸送機器や各種の機械構造物を軽量化するために、さまざまな金属材料、無機材料や高分子系材料について、ミクロ組織の改良による高強度化やマクロ構造の最適設計による高剛性化について研究開発してきた。最近、新しいカテゴリーの金属材料として、高エントロピー合金（High Entropy Alloy）が注目されている。その理由として、高エントロピー合金はそのミクロ組織に由来して加工硬化性が高いため、塑性加工による高強度化が比較的容易であること、極低温を含めた冷間での延性や靭性に優れること、耐熱性を示すことなどさまざまな利点が挙げられる。
一般に金属材料のミクロ組織を改良するための手段として、ベースとなる多結晶金属の結晶粒微細化、他元素を溶質原子として混合する固溶強化、他元素との間で形成する金属間化合物などを微細分散する分散強化（もしくは時効硬化）、セラミックス粒子や短繊維などを分散させる複合強化などが挙げられ、鉄鋼材料やアルミニウム合金をはじめ、さまざまな構造用金属材料に活用されている。また、金属ガラスや巨大ひずみを導入することによって形成される超微細結晶粒材料など、従来の金属材料を凌駕する高強度材料が開発されている。一方、これらの高強度材料は成形性、靭性、耐熱性など機械的性質が低下する場合があるため、必要とされる強度とその他の機械的性質との間でのトレード・オフ・バランスにより、ミクロ組織が最適設計されている。高エントロピー合金は上記分類の中で固溶強化合金に位置づけることができる。名称の由来は、多元素を混合して合金化する際の熱力学的なエントロピーの和が従来の固溶強化合金と比較して高い値を示すことによる。その創製に際しては溶湯を急冷する技術や強ひずみ加工を付与するための特別な設備を必要としない。そのため、従来からある鋳造設備などを用いて素材を創製することが可能である。また、多元素の固溶状態を基にしているため、変形に伴い発現する転位などの構造欠陥が集中する確率が低くなることから、マイクロクラックなどを形成し難く、比較的高い延性や靭性を示す。
高エントロピー合金として提唱されて以来、まだ20年程度と歴史の浅い材料であるが、研究動勢に着目すると、学術論文の発表件数は年々増加の一途を辿っている。例えば、Web of Science（Clarivate Analytics社）のデータベースにより’High Entropy Alloy’をキーワードとして検索すると、2018年2月の時点で3,000件を超える総数の論文が出力される。特に、2013年には200件を超える論文件数があり、2017年の627件に至るまで年々増加の傾向を示し、直近の5年間では2,000件近くの論文が発表されている。発表論文数を国・領域別でみると、中国：1,064件、米国：671件、以降件数の多い順に、ドイツ、インド、台湾、日本と続いている。我が国の論文数も世界動勢と同様の伸び率を示しているが、先行国と比較して周回遅れしているような印象を受ける。
本特集では、高エントロピー合金の開発現状と基礎的な特性について紹介する。はじめに鋳造法による開発状況とその性質について紹介している。ここでは、大気溶解可能な鋳造合金をはじめ、実用化を目指した各種の鋳造合金が紹介されている。その後、鋳造により作製された高エントロピー合金の弾性特性について、これまでに報告例がなかった単結晶の試験を基に解説している。また、高エントロピー合金が有する塑性変形性能については、マイクロピラーの微小試験片を用いた圧縮変形挙動により紹介している。他方、高エントロピー合金の高強度化を図る手段として、結晶粒微細化について取り上げ、降伏強度の結晶粒径および温度依存性が示されている。併せて、原子サイズの違いがもたらす固溶強化効果について紹介している。さらに、圧延技術を利用した塑性加工による結晶粒微細化と高強度化について、また、巨大ひずみを付与するための手法である高圧ねじり加工によるナノ結晶組織形成と材料特性について紹介している。最後に、3Dプリンターの一種である電子ビーム積層造形法により成型された高エントロピー合金製の圧縮機用インペラを中空部材として例示し、成型合金が有する高強度と高耐食性について紹介している。
高エントロピー合金は優れた機械的性質や機能性が発現する材料として期待されているが、諸性質の発現メカニズムには未解明なものが多いことや、結晶構造についても不明な点が多い。さらに、元素の組み合わせによる材料設計のパターンは無限に存在するため、新しい材料開発の観点からも魅力がある。読者にとって、高エントロピー合金が有するポテンシャルとその適用可能性について知る一助となれば幸いである。
CoCrFeMnNi高エントロピー合金鋳造材の結晶組織例 （SEM/EBSDにより観察）
CoCrFeMnNi高エントロピー合金を強ひずみ加工することにより形成される微細結晶組織の例
（透過型電子顕微鏡：TEMにより観察）
＜正員＞
向井 敏司
◎神戸大学 大学院工学研究科 教授
◎専門：機械材料学、構造材料設計、塑性加工学、衝撃工学、生体金属材料
キーワード：巻頭言
【表紙の絵】
特しゅなラップでオゾンそうを守るきかい「地球守るくん」
澤田 明伸 くん（当時9歳）
今、地球の「オゾンそう」がはかいされてきています。うちゅうでもたえられるかこうがしてある特しゅなラップで地球をおおいます。その特しゅなラップは、太陽風やいん石やうちゅうゴミが地球に落ちてくるのをふせいでくれています。それに、「地球守るくん」の本体は木でできていて、本体を作るときにあまり二さん化炭そを出しません。あと、顔の表じょうを変えられるので面白いです。地球のオゾンそうがはかいされなければいいと思います。