放電焼結プロセスの熱解析とアルミニウム/ステンレス積層板の作製

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11750627
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 松木 一弘 広島大学, 工学部, 助手 (30253115)
• Keywords: 積層板 / 放電焼結 / 接合 / パルス通電 / アルミニウム / ステンレス鋼

Research Abstract

アルミニウムとステンレス鋼を組み合わせて、両材の利点を生かす積層板を作製するとき、両材の融点の差が大きすぎるので通常の方法では、接合が困難である。アルミニウムの板厚の変化を伴うことなく、両材の積層板を作製するために、放電焼結法を適用する。得られた結果を以下に示す。
1.フーリエの法則に基づいた熱伝導の方程式を基本に、自作した凝固解析用コンピュータソフトを改造して、電気の伝導方程式を提案し、差分法によって計算を行う電圧・電流解析ソフトを作成した。なお、定常解を得るPoissonの方程式を解いて、本手法の妥当性を確認している。
2.各メッシュポイントにおいて電圧・電流値を求め、電流値を基に金属のジュール発熱量を計算して、熱解析を行った。各物質間の熱伝達係数および接触電気抵抗値を正確に見積っていないため、実際の温度分布と計算のそれには差が生じている。現在、各物質間の熱伝達係数および接触電気抵抗値を実際に測定中である。
3.両材をグラファイトパンチではさみ、予備処理としてパルス通電を行い、通電とともにグラファイトパンチ間の比抵抗減少を測定した。このことは、両材の界面の絶縁破壊が生じている事を意味し、続いて行われる連続通電のための表面改質につながる。
4.放電焼結の連続通電過程のプロセスパラメータである、負荷圧力、焼結最高温度および保持時間を変化させて、両材の接合状態を確認した。その結果を基に、これらのプロセスパラメータを各軸とした図を作成し、図中に両材の接合可能領域を示した。
5.作製した、両材の積層板を剥離させ、界面における生成相の同定をx線回折により行った。その結果、高温、長時間接合処理をしたものには、界面にAl_9Cr_4とFeAlが生成した。