世界上首個完全由貴金屬製成的「高熵合金粉末」為材料領域開闢了新的前景。

能源與氫能社會觸媒

2023/10/25

你聽過「高熵合金」這個詞嗎？田中貴金屬工業集團旗下的製造業企業田中貴金屬集團工業株式會社正大膽進軍這一新興領域。他們成功研發出首款完全由貴金屬製成的“高熵合金粉末”，並已獲得該產品所用五種以上貴金屬合金粉末及其製造方法的專利（專利號：7300565）。我們訪問了負責研發這種獨特新型合金材料的化學回收公司的細井拓也和近藤久惠。

現在，什麽是“高熵合金”引起了人們的註意?

您成功研發出完全由貴金屬構成的高熵合金粉末這是一項前所未有的成就。首先，請您詳細介紹一下「高熵合金」。

▲ [由左至右]田中貴金屬工業株式會社化學品回收公司湘南工廠功能薄膜開發部近藤俊惠，以及汽車感測器材料部部長細井拓也

Hosoi:雖然在某些地方定義尚未明確，但含有相同原子數比例的五種以上元素並且單個元素不占一半以上的合金被稱為“高熵合金”。

近藤:自從這個概唸大約20年前宣佈以來，從金屬的悠久歷史來看，它最近出現了，大學和公司開始在國內外積極研究，它正在成為一種趨勢。

細井:首先，合金是由多種金屬和非金屬混合而成的金屬。合金有更多的分類，包括在原子水平熔融的固溶體和金屬之間形成化合物 (金屬間化合物) 的固溶體。以固溶體為例，通常每個元素的原子大小都不同，因此不同元素在原子水平上混合會導衹原子排列變形。結果，原子的移動本身變得睏難，並且出現強度和耐熱性等提高的現象。

近藤：例如，不銹鋼是一種常見的合金。不銹鋼的主要成分是鐵，鐵是一種容易生鏽的金屬，但向合金中添加鉻可以降低其生鏽的可能性。此外，改變配比或添加鎳等元素可以產生各種不同的性能。透過加熱或其他方式製造合金，而不僅僅是混合，可以提高強度、耐熱性、耐化學性、導電性等性能，因此人們開發了各種各樣的合金以適應不同的應用，並在世界各地廣泛使用。

Hosoi:新出現的高熵合金與五種或更多種不同的原子混合在一起，簡而言之，原子與擁擠的火車一樣狹窄。在這種情況下，它可能表現出超過傳統已知特徵的性能，並且據說有可能產生每個元素所沒有的稱為“雞尾酒效應”的新效果。我會的。

貴金屬專家挑戰的全新高熵合金的開發

─是什麽引發了開發工作?

細井:世界正在以極快的速度變化。我們開發的材料和產品能夠在第一時間獲得準確的信息，了解我們的需求，並使客戶滿意。然而，隨著它繼續發生如此大的變化，似乎很難創造出具有傳統需求的立場的未來需求。

因此，一旦我回到原點，我想到了什麽是好產品以及我們能做些什麽。結果，我們得出的結論是，好產品將是「通過讓顧客滿意的產品，為社會做贡獻」。作為貴金屬生產商，我再次想在貴金屬領域為社會做贡獻。

我們公司有“追求貴金屬”的高級概唸。如果是這樣，讓我們創造一個沒有人能夠實現的新事物。它還試圖在貴金屬粉末領域“探索貴金屬”，我們的部門多年來一直在努力。我想證明，如果我們利用我們培養的技術，同時成功應用我們迄今為止積累的種子-開發的基礎，我們可以創造新的東西。這可能導衹了這種發展的動力。

─所以我專註於高熵合金。

細井：是的。近年來，高熵合金備受關注，它們具有展現前所未有的性能的潛力。貴金屬領域對這類合金的研究也取得了進展，並揭示了一些有趣的特性。然而，目前大多數應用仍處於研究階段，粉末領域還沒有大規模生產的案例。我們部門專注於根據客戶需求客製化產品開發和大規模生產技術。我們認為，我們在這個領域的貢獻在於實現高熵合金粉末商業化，確保足夠的生產效率和質量，並提供所有客戶都能毫不猶豫地進行評估的材料。當然，田中貴金屬策略是完全採用貴金屬製造高熵合金。

近藤:貴金屬即使單獨使用也具有優異的各種特性。人們還期望通過成為高熵合金來獲得更好的特性。

細井：此外，如果我們掌握了生產多種金屬合金粉末的技術，就能相對輕鬆地應對較少種類的成分。一旦有需要，我們就能迅速回應各種成分的需求。而且，由於生產細小均勻的粉末非常困難，我出於好奇，不禁想到，如果我們能夠製備出含有五種或更多元素的均勻高熵合金粉末，那該是多麼令人驚嘆的事情啊！

培養的專業知識和技術能力使制作速度感成為可能

─似乎它在原型開始後大約一個月的短時間內成功制造，你認為原因是什麽?

細井：我們公司多年來一直研發一兩種合金粉末，這些粉末用作汽車廢氣感測器、電阻器、水電解觸媒等產品的原料。此外，貴金屬是量產產品，因此取得高熵合金粉末的原料相對容易。而且，雖然只生產一種合金粉末，但我們已經累積了每種金屬粉末的生產經驗，並以此為基礎進行研發。

近藤：其實，或許更準確的說法是，我們在開始製作原型大約一個月後「碰巧」就成功了。如果當時沒能成功，我們可能會想，“果然沒那麼容易”，也可能不會走到今天這一步。除此之外，我認為我們能夠在如此短的時間內成功製作出第一個原型，是因為公司裡很多人多年來積累了豐富的經驗。

之後，當我們改變原型條件時，例如增加加工量或改變加工方式，有時會遇到無法製備均勻合金的情況。此外，這次我們使用了五種貴金屬元素——鉑（Pt）、鈀（Pd）、釕（Ru）、銥（Ir）和銠（Rh）——但只有釕的晶體結構與其他元素不同，這給我們帶來了挑戰。晶體結構相同的元素傾向於形成合金，因此我們透過反覆試驗，改變原料的尺寸和前置處理條件，最終成功製備出穩定的合金。在研發過程中，我們累積了大量的數據，包括失敗經驗，希望未來能有效地利用這些數據。