結晶方位制御による船舶用耐食アルミニウム合金開発の基礎研究

• Project/Area Number: 16656274
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Naval and maritime engineering
• Research Institution: National Maritime Research Institute
• Principal Investigator: 村上 健児 独立行政法人海上技術安全研究所, 構造材料部門材料研究グループ, グループ長 (60112067)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 千田 哲也 独立行政法人海上技術安全研究所, エネルギー・環境評価部門, 部門長 (80344240) ; 植松 進 独立行政法人海上技術安全研究所, 構造材料部門材料研究グループ, 上席研究員 (10344235) ; 高橋 千織 独立行政法人海上技術安全研究所, エネルギー・環境評価部門環境分析研究グループ, 主任研究員 (40399530)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2005: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2004: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
• Keywords: 6000系アルミニウム合金 / 耐食性 / 押出加工 / 結晶粒界 / 析出物 / 熱処理 / 結晶方位 / 船舶用 / 押出加工性

Research Abstract

押出加工性に優れた6000系アルミニウム合金に耐海水腐食性を持たせて、新しい船舶用アルミニウム合金を開発することを目的に研究を行った。6000系合金の腐食は結晶粒界で生じる。これは結晶粒界における合金元素の偏析が原因であり、偏析の大きさは粒界を挟む結晶の方位差に依存することが予想される。今年度は、結晶粒界の腐食感受性と結晶方位の関係を調べると共に、アルミニウム合金の押出加工材について結晶粒界の腐食感受性を調べた。
強化元素である銅を含む6000系合金として、6061合金の基本組成を持つAl-1.0Mg-0.5Si-0.3Cu(単位 mass%)合金を融点直下の931Kから内径17mmの鋼製金型に鋳込み、細かい結晶粒径の等軸晶から成る鋳塊を作った。この鋳塊に803Kで2.52x10^4sの溶体化処理を施して水中に急冷したのち、456Kで3.24x10^4sの時効処理を行った。これとは別に、直径15.3mmに機械加工した鋳塊を738K〜758Kで直径7mm、5mmあるいは3mmに押出加工し、上記と同様の溶体化処理(時間は2100s)及び時効処理を施した。熱処理を行った鋳塊および押出材を、301Kに保った腐食液(蒸留水1リットル+食塩57グラム+過塩素酸5ミリリットル)に1.33x10^5s間浸漬することによって粒界腐食試験を行った。腐食試験した鋳塊には、明瞭に腐食された結晶粒界とほとんど腐食されない結晶粒界があり、後方散乱電子線回折パターン解析によると、粒界を挟む2つの結晶の<001>方位の中に互いに角度差が大きくない組み合わせがあり、この方位を回転軸として両結晶が互いに回転する関係にある場合、その結晶粒界は腐食しにくい傾向があることがわかった。熱処理した押出材にも腐食しやすい粒界と腐食しにくい粒界があるが、押出速度が十分大きくないために材料が押出直後に高温に長時間さらされ、再結晶が生じて等軸粒組織となっていた。押出速度を大きくして再結晶を防ぎ、押出後に腐食に強い粒界を維持する必要があることが示された。