特性劣化のないAl／Fe接合体の設計・制御のための界面層強度発現機構の解明
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21H01662
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 裕 東北大学, 工学研究科, 教授 (00292243)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鴇田 駿 東北大学, 工学研究科, 助教 (60807668)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥12,090,000 (Direct Cost: ¥9,300,000、Indirect Cost: ¥2,790,000)
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| Keywords | 溶接・接合 / 異材接合 |
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| Outline of Research at the Start |
異材接合は豊かな社会構築に不可欠な技術であるが、接合時に脆弱な界面層が形成されるため、求められる接合強度を達成することは難しく、汎用化に至っていない。研究代表者らは、種々の異材接合において、界面への元素添加により接合強度を大幅に向上させることに成功した。しかし、既存の材料強度学に基づいて界面層の強度発現機構を定量的に説明するに至っておらず、強度発現因子の形成機構に及ぼす合金元素の影響も解明されていない。本研究では、Al合金と鋼の異材接合を対象とし、“界面層の強度発現機構”と“界面層の材料組織学的な強度発現因子の形成機構と合金元素の影響”を明らかにすることを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
Al/Fe接合界面にNiを添加することで接合体の引張せん断強度が上昇する理由を明確化するため、き裂発生・進展を詳細に調べた結果、Fe2Al5内のFe相の分布がAl/Fe接合体の強度を支配し、Ni添加はFe相の微細分散に寄与している可能性が示唆された。Ni添加以外にも、Al/Fe接合界面へのZn添加やZn+Ni複合添加で接合体の強度上昇させることができる。そこで、Zn添加ならびにZn＋Ni複合添加したAl/Fe接合体の強度及び界面層のミクロ組織・機械的性質を調べた。Al/Fe接合体の強度は、添加元素なしで約40MPaであったが、Zn添加で最大60MPa、Zn＋Ni複合添加で最大120MPaとなった。接合強度は界面層厚さで整理できないことから、ナノインデンテーション法を用いて界面層自体の硬さを調べた結果、添加元素なしで約7GPa、Zn添加で約6GPa、Zn＋Ni複合添加で約4GPaであり、界面層の硬さが低いほど、高い接合強度が得られることが分かった。Zn添加及びZn＋Ni複合添加による界面層の軟化の理由をTEMにより調べた結果、Fe2Al5の粒界などに軟質なFe-Zn系化合物が形成されていた。Zn＋Ni複合添加では、NiによるFe2Al5の微細化効果のため、Fe-Zn系化合物が多く核生成し、界面層の更なる硬さ低下が生じたものと推察された。引張試験時のき裂発生・進展挙動を調べた結果、界面層にき裂が発生する応力はNi添加により増加し、き裂はFe2Al5／Fe相界面で発生し、Fe2Al5内を進展することが示唆された。以上より、Zn添加はFe-Zn系化合物の形成に起因する界面層の硬さ低下，またNi添加は微細なFe2Al5とFeを多く含まない密な界面層の形成が，それぞれ界面強度発現に寄与することが明らかになった．
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(12 results)
