電磁力を利用したアルミニウム合金の局所的粒子分散強化法の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206083
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷口 尚司 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 教授 (00111253)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 伸一 太平洋セメント(株), セラミックス・エレクトロニクス事業推進室, 副室長(研究職) ; 松本 克才 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 助手 (70190519) ; 吉川 昇 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 助教授 (70166924)
• Keywords: Al基粒子分散複合材料 / 傾斜機能材料 / 炭素珪素 / 電磁力 / 電磁分離 / 耐磨耗材料 / 軽金属材料 / 鋳造

Research Abstract

アルミニウム基粒子分散複合材料は軽量で高い強度と耐磨耗性を兼ね備えた優れた機能材料であるが、これまでの製造法では変形加工が不可能であり、リサイクル性が極めて悪いという大きな問題を内包している。本研究では、溶融金属中に分散した粒子を外部からの誘導電磁力によって必要な箇所に集積する、新たな製造法について実用化に向けた検討を行った。
実験的研究においては、(1)周波数による粒子集積層厚みの制御性を検討し、周波数200,80,30kHzに対して、それぞれ0.58,0.91,1.49mmの表皮厚みまで集積層を形成することに成功した。また、30kHzについて、粒子濃度を調整することによっても集積層厚みを制御できることが分った。そこで、表皮厚みが4.71mmとなる周波数3kHzについても電磁集積を試みているが、現状では激しい電磁流動を抑制することに成功しておらず、十分な集積層厚みを実現していない。ついで、(2)印加電流による粒子集積密度の制御性について検討し、30kHzにおいて78〜200Aの電流範囲で0.13〜0.23の範囲で粒子集積密度を変化させることが出来た。
理論的研究においては、電磁力による粒子の分離・集積と、流動による妨害効果を同時に考慮した数値解析コードの構築を目標として、本年度はまず揚力による電磁集積の妨害作用について種々検討を加えた。既往の揚力理論として、SaffmanとMollingerの理論を用いて、電磁撹拌場および機械撹拌場での粒子に作用する揚力が電磁力とバランスする条件を検討した結果、後者の理論によって電磁分離・集積への流動の妨害効果がよく表現できることを見出した。なお、以上の研究および次年度に実施する予定の粒子輸送解析について、フランスIRSID研究所のP.Gardin氏を招へいし、有益な助言を得ることができた。
その他、本技術を実製造プロセスに応用するための基礎的検討を、研究分担者の佐々木伸一氏の協力の下に行い、試作品の耐摩耗性調査や自動車用軽量ブレーキディスクなどへの応用評価を行っている。

Research Products

• [Publications] K.Takahashi, S.Taniguchi: "Electromagnetic Separation of Nonmetallic Inclusion from Liquid Metal by Imposition of High Frequency Magnetic Field"ISIJ International. Vol.43 No.6. 820-827 (2003)
• [Publications] K.Takahashi, S.Taniguchi: "Electromagnetic Separation of Silicon Carbide Particles from Liquid Aluminum by Imposition of Alternating Magnetic Field"Proc.of EPM2003, Lyon, France. (CDROM). (2003)