• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Basic research to develop fiber-reinforced double-phase alloys with lightweight and high-electrical conductivity

Research Project

Project/Area Number 23K23093
Project/Area Number (Other) 22H01825 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research InstitutionShimane University (2023-2024)
Tohoku University (2022)

Principal Investigator

千星 聡  島根大学, 学術研究院機能強化推進学系, 教授 (00364026)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 佐藤 成男  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (40509056)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,660,000 (Direct Cost: ¥8,200,000、Indirect Cost: ¥2,460,000)
Keywords導電材料 / 加工熱処理 / 析出 / 強度 / 導電性 / 導電材料(Cu, Al合金) / 転位 / 透過型電子顕微鏡 / 組織制御 / アルミニウム合金 / 複相強化 / 熱処理 / 加工プロセス
Outline of Research at the Start

熱処理による複相化と強加工を組み合わせた加工熱処理による「ファイバー強化型複相線材」の創製技術をアルミニウム(Al)導電性材料へ展開する.申請者らは,共析変態および析出反応による緻密なin-situ複相材を強加工することによりファイバー強化型のAl合金が創製可能であるという着想を検証するために,① 加工性と導電性を備えたAl系In-situ複相材作製のための組織制御法の確立,② 強加工によるファイバー強化の発現機構の解明の学術的要素課題の解決に取組む.これらを包括して,軽量高導電性合金群の創製に資する加工熱プロセスの基盤学理を開拓する.

Outline of Annual Research Achievements

カーボンニュートラル社会の実現に向けて,自動車などに搭載されるワイヤーハーネス用素材の軽量化が求められている中,CuやAlを基軸にした導電材料では,強度と導電性が高いレベルで両立した材料の出現が切望されている.ここで、ファイバー強化は「複相化」+「強加工」の2つのプロセスの組合せで発現されるものであり,加工硬化,結晶粒微細化による強化,分散強化,複合強化などの複数の効果を重畳できる.加えて,母相の組成や第二相の体積分率を調整すれば,導電率も広域で制御可能である.このため,高強度-高導電性線材の強化法として極めて有力である.本研究では,これまでに申請者が獲得したファイバー強化型Cu合金線材の開発指針がAl合金系にも展開可能であることを実証・検証することによって,軽量高導電性ファイバー強化型複相材料の創製のための基盤学理を構築することを目的とした.
Al-Zn合金を対象として研究を進めた.Al-Zn合金は偏析反応を示すため,熱処理により緻密なAl/Znのラメラ組織を形成できる.また,合金組成や熱処理条件によって自由度高く組織制御できるため,各組織的因子が試料の加工性,導電性,強度に及ぼす影響を理解しやすい.一年目(2022年度)はAl-Zn二元系合金の組織と加工性,導電性の関連性を解明することに主眼を置いた.具体的には、Al固溶体単相材のZn組成に伴う特性および組織構造への影響,Al-15 at.% Zn合金の時効に伴う特性および組織構造への影響の把握に取り組んだ.二年目(本2023年度)は、Al-15 at.% Zn合金にて、過飽和固溶体単相からAl/Znのラメラ組織が生成する条件を等温相変態図(TTT線図)として整理した.これを元に試料全体がAl/Znラメラ組織で占有された棒状試料を作製し、これを伸線加工に供し線材の試作し、試作材の組織および特性評価まで進めた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

2022~2023年度の2年間はAl-Zn合金を研究対象とした.Al-Zn合金は偏析反応を示すため,合金組成や熱処理条件によって自由度高く組織制御できる.初年度は(1)Al固溶体単相合金のZn組成に伴う特性および組織構造への影響を把握し,特に、(2)Al-15 at.% Zn合金の時効に伴う組織構造への影響を等温相変態図(TTT線図)として明確化した.本2023年度は
、これまでに得られた知見をもとに試料中のAl/Znラメラ組織の体積分率を0,20,40,100%と意図的に変化させた棒状試料(φ3 mm)を作製した.これを伸線加工に供し線材の試作を進めた所、Al/Znラメラ組織の体積分率が100%をなる棒材は伸線加工途中で破断したが、その他の試料はΦ0.3mmの線状にまで加工することができた。Al/Znラメラ組織の体積分率が高くなるほど伸線加工に伴い顕著な強化がみられた。ただし、目標の強度特性にまで強化するためには、更なる強加工が必要であり、そのためには素材の加工性向上が必要であるという見解も得た。
Al-Zn二元系では加工性が乏しいため、2~4wt.% Cuを添加した合金試料を研究対象にした実験を進めている。Al-Zn合金はCu添加により、Al母相とZn析出物の界面整合性が著しく改善され、加工性が向上することが知られている。現在は、本合金の加工性と熱処理による組織変化の確認を進めている段階である。
以上の研究進捗状況は研究開始当初から想定していた範囲内であり、現状として概ね研究計画通りに進められていると拝察している。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究により,Al-Zn合金の組成および組織と加工性,強度,導電性の関連性に関する基本的な知見が蓄積できた.また,Al-Zn合金での偏析反応によるAl/Znラメラ組織の形成条件を把握できた.特に、本年度はAl/Znラメラ組織を有するAl-Zn合金の伸線加工にともなう組織の遷移挙動と強度,導電性の変化を評価し,ファイバー強化型線材の試作を試みることができた.強度-導電性のバランスは伸線加工に伴い増加するという予想通りの結果が得られたものの、目標とする強度には到達できなかった。そのため、今後は特に伸線加工に伴う高強度化を目指すための基礎研究を進める。具体的には、Al-Zn合金にCuを添加した3元系試料を研究対象とする。Cu添加によりAl-Zn合金では加工性が改善するとの報告がある。まずは、Cu添加による合金の強度、導電率、第二相生成挙動を確認することが今後の方針となる。その成果を受けて、次に複相化+強加工(伸線加工)による組織および特性制御の可能性を検証していく予定である.

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (18 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 18 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] Korea Institute of Materials Science(韓国)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Modification of Hardness and Electrical Conductivity of Copper–Titanium Alloy by Energetic Electron Irradiation2023

    • Author(s)
      Iwase Akihiro、Fujimura Yuki、Semboshi Satoshi、Saitoh Yuichi、Hori Fuminobu
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 64 Issue: 9 Pages: 2232-2236

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-M2023061

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2023-09-01
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Properties of ScAlMgO4 as Substrate for Nitride Semiconductors2023

    • Author(s)
      Matsuoka Takashi、Morioka Hitoshi、Semboshi Satoshi、Okada Yukihiko、Yamamura Kazuya、Kuboya Shigeyuki、Okamoto Hiroshi、Fukuda Tsuguo
    • Journal Title

      Crystals

      Volume: 13 Issue: 3 Pages: 449-449

    • DOI

      10.3390/cryst13030449

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of Defect Morphology on Absolute Jc Value in Heavy-Ion Irradiated REBCO Films2023

    • Author(s)
      T. Sueyoshi, T. Ozaki, S. Senboshi, H. Sakane, T. Nishizaki, and N. Ishikawa
    • Journal Title

      IEEE Trans. Appl. Supercond.

      Volume: 33 Issue: 5 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1109/tasc.2023.3238288

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mechanical Strength and Electrical Conductivity of Cu?In Solid Solution Alloy Wires2023

    • Author(s)
      Abe Yasunori、Semboshi Satoshi、Masahashi Naoya、Lim Sung Hwan、Choi Eun-Ae、Han Seung Zeon
    • Journal Title

      Metallurgical and Materials Transactions A

      Volume: 54 Issue: 3 Pages: 928-938

    • DOI

      10.1007/s11661-022-06938-1

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Isothermal Aging Behaviors in Hydrogen Atmosphere of Magnesium–doped Copper–Titanium Alloys2023

    • Author(s)
      廣田 航大、齋藤 嘉一、千星 聡
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 62 Issue: 1 Pages: 6-11

    • DOI

      10.34562/jic.62.1_6

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Cu–Ti–Al–Fe Alloys with Excellent Strength, Bending Formability and Fatigue Properties2023

    • Author(s)
      橋本 拓也、依藤 洋、兵藤 宏、渡辺 宏治、千星 聡
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 62 Issue: 1 Pages: 35-41

    • DOI

      10.34562/jic.62.1_35

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Alloy Design and Solidification Microstructure Analysis of Equiatomic CuSnZn and CuSnAl Alloys2023

    • Author(s)
      永瀬 丈嗣、柴田 顕弘、松室 光昭、武村 守、千星 聡
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 62 Issue: 1 Pages: 60-67

    • DOI

      10.34562/jic.62.1_60

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fabrication of Dual-Phase Strengthened Cu-Ti Alloy Sheets2023

    • Author(s)
      千星 聡、瀧藤 優斗、金野 泰幸、佐藤 成男、兵藤 宏
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 62 Issue: 1 Pages: 68-72

    • DOI

      10.34562/jic.62.1_68

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Surface Characterization and NO+CO Reaction Activity of Rolled Cu Foil2023

    • Author(s)
      黒須 望実、千星 聡、亀岡 聡
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 62 Issue: 1 Pages: 237-241

    • DOI

      10.34562/jic.62.1_237

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of Benzotriazole on Oxidation Behavior in Pure Copper2023

    • Author(s)
      韓 承傳、崔 恩愛、鄭 圭晋、安 志?、千星 聡
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 62 Issue: 1 Pages: 242-246

    • DOI

      10.34562/jic.62.1_242

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] DFT Simulation of Twinnability in Cu-In Alloy2023

    • Author(s)
      E.-A. Choi, S.Z. Han, J.H. Ahn, S. Semboshi, S.H. Lim
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 62 Issue: 1 Pages: 263-267

    • DOI

      10.34562/jic.62.1_263

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of magnesium doping on discontinuous precipitation in age-hardenable copper?titanium alloys2022

    • Author(s)
      Saito Kaichi、Suzuki Makio、Hayasaka Yuichiro、Takenaka Kana、Semboshi Satoshi
    • Journal Title

      Materials Characterization

      Volume: 189 Pages: 111911-111911

    • DOI

      10.1016/j.matchar.2022.111911

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A new type of half-metallic fully compensated ferrimagnet2022

    • Author(s)
      Semboshi S.、Umetsu R. Y.、Kawahito Y.、Akai H.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 10687-10687

    • DOI

      10.1038/s41598-022-14561-8

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Phase diagram of the Cu-Ni3Al pseudo-binary system2022

    • Author(s)
      Semboshi Satoshi、Anno Toshiki、Kaneno Yasuyuki
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 921 Pages: 166124-166124

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2022.166124

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structure and magnetic properties of Fe nanoparticles in amorphous silica implanted with Fe ions and effect of subsequent energetic heavy ion irradiation2022

    • Author(s)
      Iwase A.、Fukuda K.、Saitoh Y.、Okamoto Y.、Semboshi S.、Amekura H.、Matsui T.
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 132 Issue: 16 Pages: 163902-163902

    • DOI

      10.1063/5.0102438

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication of High–Strength and High–Electrical Conductive Cu–In Solid Solution Alloy Wires2022

    • Author(s)
      阿部 泰寛、千星 聡、正橋 直哉
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 61 Issue: 1 Pages: 317-322

    • DOI

      10.34562/jic.61.1_317

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Experimental Determination of Phase Diagram for Cu–Ni<sub>3</sub>Al Pseudo–Binary System2022

    • Author(s)
      安野 利希、金野 泰幸、千星 聡、正橋 直哉
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 61 Issue: 1 Pages: 86-91

    • DOI

      10.34562/jic.61.1_86

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Strengthening Mechanism of Cu–Ni–Al Alloys for VCM Leaf Spring2022

    • Author(s)
      笠谷 周平、首藤 俊也、兵藤 宏、渡辺 宏治、成枝 宏人、千星 聡、宮本 吾郎
    • Journal Title

      Journal of Japan Institute of Copper

      Volume: 61 Issue: 1 Pages: 34-39

    • DOI

      10.34562/jic.61.1_34

    • ISSN
      1347-7234, 2435-872X
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高機能複相銅合金創製のための基礎的・実践的研究(Cu-Ni-Al合金の開発)2024

    • Author(s)
      千星聡, 伊藤和博
    • Organizer
      DEJlMA プロジェクト 第二回公開討論会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 低積層欠陥エネルギー銅合金の伸線加工による組織と強度の変化2023

    • Author(s)
      千星聡, 正橋直哉, 荒内隆誓, 金野泰幸
    • Organizer
      合金状態図研究会(第三回研究会)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 10GPa級高圧下精密磁化測定技術の開発2023

    • Author(s)
      合田翔, 平岡奈緒香, 鳴海康雄, 萩原政幸, 千星聡, 北川健太郎, 高木英典
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Al-Zn合金の組織、強度、導電率に及ぼす組成と熱処理の効果2023

    • Author(s)
      瀧藤優斗,金野泰幸,千星聡
    • Organizer
      日本金属学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Cu-Ti-Al-Fe系合金における疲労き裂の発生および進展挙動に及ぼすAl・Fe添加の影響2023

    • Author(s)
      橋本拓也,鎌田俊哉,兵藤宏,渡辺宏治,千星聡,宮本吾郎,山崎倫昭
    • Organizer
      日本銅学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Cu-Ni-Al合金における加工軟化および低温時効硬化2023

    • Author(s)
      千星聡,佐藤成男,笠谷周平,兵藤宏
    • Organizer
      日本銅学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 高機能複相銅合金創製のための基礎的・実践的研究2023

    • Author(s)
      千星聡, 伊藤和博
    • Organizer
      国際・産学連携インヴァースイノベーション材料創出プロジェクト(DEJl2MA プロジェクト) 第一回公開討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 低積層欠陥エネルギー銅合金伸線加工材の組織と強度2023

    • Author(s)
      千星聡,正橋直哉,荒内隆誓,金野泰幸,Choi Eun-Ae,Han Seung Zeon
    • Organizer
      日本金属学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Strength and electrical conductivity of Cu-In solid solution alloy wires2022

    • Author(s)
      S. Semboshi, Y. Abe, and N. Masahashi
    • Organizer
      Visual-JW 2022 & The 2nd International Symposium on Design & Engineering by Joint Inverse Innovation for Materials Architecture (DEJI2MA)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of high-strength and high-electrical conductive Cu-Ti alloy wires2022

    • Author(s)
      S. Semboshi
    • Organizer
      Dalian University of Technology and Tohoku University joint workshop on Advanced Materials
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cu-Ni-Al 合金における低温時効硬化現象2022

    • Author(s)
      千星聡
    • Organizer
      合金状態図研究会(第二回研究会)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 複相強化型Cu-Ti合金薄板材の作製2022

    • Author(s)
      千星聡,佐藤成男,瀧藤優斗,金野泰幸,兵藤宏
    • Organizer
      日本銅学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 東北大学金属材料研究所新素材研究開発センター

    • URL

      https://www.crdam.imr.tohoku.ac.jp/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 島根大学 材料エネルギー学部

    • URL

      https://www.mat.shimane-u.ac.jp/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 東北大学金属材料研究所新素材研究開発センター

    • URL

      http://www.crdam.imr.tohoku.ac.jp/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi