超音波界面制御に基づく電磁撹拌複合化プロセスに関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08555180
• Research Institution: Toyota Technological Institute
• Principal Investigator: 奥宮 正洋 豊田工業大学, 工学部・機械システム工学科, 助教授 (20177182)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉本 繁利 トヨタ自動車株式会社, 第1材料技術部, 室長 ; 毛利 尚武 豊田工業大学, 工学部・機械システム工学科, 教授 (90126186) ; 恒川 好樹 豊田工業大学, 工学部・機械システム工学科, 教授 (50148350)
• Keywords: 超音波振動 / 電磁撹拌 / 金属基複合材料 / 界面制御 / 複合化プロセス / セラミック粒子 / 生成複合化 / 結晶粒微細化

Research Abstract

本研究では,超音波界面制御に基づいて,短時間で微細粒子を均一分散させ,同時にマトリックス金属の強化を図る液相複合化プロセスの実現を目的とする.超音波振動,金属粉末添加,電磁撹拌を主な研究手段として適用し,これらが濡れ性の改善,アルミナイド生成発熱反応,凝固組織制御に寄与し,渦流撹拌液相プロセスにおける問題を解決する.具体的には,Al_2O_3粒子(D_<50>=50μm)あるいはSiO_2粒子(D_<50>=86μm)をAl溶湯表面に添加し,電磁撹拌による粒子複合化および生成複合化に関する基礎データを採取した.これらの複合化実験を通じて,本研究目的の実現に必要な以下の要素技術を明らかにした.
(1)金属溶湯,マトリックス固相への粒子移行モデル構築
・金属溶湯中への球状粒子移行モデルと異形粒子の移行モデルに関する理論的,実験的考察
(2)超音波界面制御に基づく粒子複合化の評価
・見かけの濡れ性改善による複合化時間,粒子分散性への効果
・純Al,Al-Mg合金溶湯の凝固組織と固相による粒子排出現象への冷却速度の効果
(3)超音波振動の強化相生成発熱反応(ハイブリッド化)への影響
・SiO_2粒子の純Al,Al-Mg合金溶湯への添加とAl_2O_3(MgAl_2O_4)相の生成
・生成強化相の量と寸法による粒子分散性への影響
(4)スラリー固相率の電磁撹拌複合化に及ぼす影響の評価
・複合スラリーの固相率が電磁撹拌速度に及ぼす影響と複合化実験
・超音波電磁撹拌による初晶寸法の微細化と粒子分散性への冷却速度の効果

Research Products

• [Publications] 弦間、 恒川、 奥宮ら: "超音波渦粒撹拌によるアルミニウム溶湯へのアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 68(11). 969-974 (1996)
• [Publications] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya et al: "Incorporation of Alumina Particles with Different Shapes and Sizes into Moltan Aluminum Alloy by Melt Stirring with Ultrasonic Vibration" Materials Trans.JIM. 38(3). 232-239 (1997)
• [Publications] 弦間, 恒川, 奥宮ら: "発熱反応を利用した超音波渦流撹拌によるアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 69(7). 578-584 (1997)
• [Publications] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya et al: "Melt Stirring Process with Ultrasonic Vibration for the Prepavation of Al_2O_3 Particle/Al-Mg Coniposite Slurry" Proc.4th Decennial International Conf.Solidification Processing. 97-100 (1997)
• [Publications] 弦間, 恒川, 奥宮ら: "超音波溶湯撹拌によるアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会研究報告75. 48-54 (1997)
• [Publications] 恒川: "MMCの液相複合化プロセスに対する超音波振動の応用" 先端材料の脆性克販研究会活動報告書. 9-25 (1998)