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自己き裂治癒能力を持つ高耐食性セラミックスと金属の耐環境性に優れた異種固相接合法

Research Project

Project/Area Number 19K04080
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
Research InstitutionKushiro National College of Technology

Principal Investigator

高橋 剛  釧路工業高等専門学校, 創造工学科, 教授 (50435393)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) NGUYEN THANHSON  釧路工業高等専門学校, 創造工学科, 講師 (00797235)
木村 真晃  兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (90285338)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
KeywordsFriction welding / Alumina / Aluminum alloy / FE-SEM / Self healing / TiC / 固相接合 / 摩擦圧接 / セラミックス / アルミナ / 微視組織 / 自己修復機能 / ガルバニ電池腐食 / 溶射 / 自己亀裂治癒 / 耐食性
Outline of Research at the Start

固相接合の利点を活かし,産業界が必要とする工業用接合材の加工法を開発する事を目的とする.具体的には,コスト削減を図るため必要な箇所だけに高耐食性セラミックスを使い,それ以外の部位は安価な一般的金属とし,接合に摩擦圧接を適用する.一般的な金属同士の接合材は電食反応を起こすが,セラミックスであれば電位差を懸念する必要はない.但し,両材の機械特性は大きく異なるため,圧接時セラミックス側に亀裂が生じる可能性が高い.そこを自己き裂治癒能力により亀裂を修復させることで市場要求に応える.
研究は実験を主体に進める.材料は3種類くらいとし,機械強度や耐食速度を評価する.

Outline of Annual Research Achievements

純度99.8%の市販アルミナAl2O3とアルミ合金AC8Aの端面摩擦圧接に対して,接合条件が接合界面付近の微視組織に及ぼす影響を明らかにした.前年度に引き続き,今年度はFE-SEMを用いた化学組成線分析により,軸方向に沿う特定元素の分布の変化に着目した.その結果,原子拡散により相手側材料に移動していることも確認できた.更に,接合強度の高い条件では,アルミ合金が摩擦熱による固相流動化し,アルミナ側に侵入した形跡が見られ,それがアンカー効果のような働きをすることにより向上した可能性があることが分かった.更に,圧接によって生じる残留応力は接合強度にも影響を与えると考えられるため,X線回折装置によって軸方向及び円周方向の残留応力を測定した.応力バラツキの大きい結果となったが,典型的な傾向は幾つか確認することができたので,今後はラマン分光法などの別方法で測定予定である.
一方,摩擦接合時に界面付近のアルミナに生じるとされる微小亀裂対策として計画に挙げていた自己治癒機能の検証については進展があった.アルミナに治癒材としての酸化チタン(TiC)を含ませた粒材を冷間等方圧加圧(CIP)法並びにホットプレス(HP)法により加圧成形した試料に対して,予備亀裂導入し,焼鈍温度を変化させたところ,SiCを治癒材に用いる場合よりも低い温度で亀裂を自己修復できる焼鈍条件があることが分かった.この条件は,接合強度の高い条件同様,圧接時間の長い条件であるため,今後に展開に期待できる結果となった.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

新型コロナ感染拡大対策により,代表者機関と共同研究機関が異なる時期にそれぞれ1か月間の学校閉鎖に陥った.併せて,焼結試験片を成形する機械が故障したが,部品調達先の国も新型コロナにより停滞するなど,いろいろな点で研究活動に制約を受けた.

Strategy for Future Research Activity

代表者機関,共同研究機関ともに通常環境に戻りつつあるため,当初計画に示した目標に向かって加速する予定である.但し,延長した今年度分については共同研究者のエフォート割り当てが少なくなるので,外部委託等の手段変更等によりカバーしていきたい.今年11月に開催される国際会議にて研究成果発表すべくエントリーした次第である.

Report

(3 results)
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(6 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (1 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] 自己修復能力を有するセラミックス材の摩擦圧接への応用2020

    • Author(s)
      倉橋 匠,グエン タン ソン,高橋 剛,木村 真晃, 大塚 雄市, 中山 忠親
    • Journal Title

      日本機械学会北海道支部学生会第49回学生員卒業研究発表講演会講演論文集

      Volume: - Pages: 60-61

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 摩擦圧接によるセラミックス異種接合特性に及ぼす微視組織への影響2022

    • Author(s)
      武田 海成
    • Organizer
      日本機械学会北海道学生会第51回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] アルミナ/炭化チタンのき裂自己治療・機械的性質を最適化する研究2022

    • Author(s)
      古川 新日
    • Organizer
      日本機械学会北海道学生会第51回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 摩擦圧接によるセラミックス異種接合の試行と自己修復特性2021

    • Author(s)
      高橋 剛
    • Organizer
      日本機械学会2021年度年次大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] アルミナセラミックスとAC8Aとの摩擦圧接継手の引張強度に及ぼす摩擦時間の影響2021

    • Author(s)
      杉山 和輝
    • Organizer
      JAAA2021シンポジウム「先端自動車製造技術における接合技術2021」
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] アルミニウム合金とアルミナの摩擦圧接とその界面解析2020

    • Author(s)
      グエン・タン・ソン
    • Organizer
      日本機械学会年次大会2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-12-28  

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