2016 Fiscal Year Research-status Report
粒子衝突によるマグネシウム合金への樹脂ー金属交互積層厚膜形成とその接合性評価
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16K06017
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
原田 泰典 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30218656)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
布引 雅之 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (50244687)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 表面処理 / 接合性 / 耐腐食性 / ショットピーニング / マグネシウム合金 / 樹脂 / 耐食性 / 塑性変形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
わが国では搬送機器において軽量マグネシウム合金の利用範囲が広がっているが、耐腐食性がかなり低いことが課題となっている。そこで、本研究ではショットピーニングを応用した異種材接合による表面改質を試みた。まず、代表的な合金であるAZ31合金から円板状試験片を準備するとともに、試験片を温間加工するための加熱装置の試作を行った。次に、温間における接合性を調べるため、平均直径1 mmの鋳鋼製投射材を用いて、衝突速度である投射速度40～80 m/sおよび加工時間である投射時間の加工条件として、加工温度を室温から300 ℃まで変化させて温間加工条件について調べた。異種材料は、厚さ20ミクロンのポリエステル樹脂が被覆された厚さ25ミクロンの純アルミニウム箔の二層薄板である。投射速度60m/sの場合、異種材料である二層薄板は加工温度100℃前後で接合することが観察された。しかしながら、光学顕微鏡による表面近傍の断面観察により、部分的に基材であるAZ31合金とはく離していた。この原因として、加工温度が高くなると、ポリエステル樹脂は純アルミニウム箔とはく離するためである。このため、現在、ポリエステル樹脂を接合させるための加工条件を変化させて接合性の向上を試みている。具体的には、投射時間を減少させて、投射速度を増加させる加工条件である。次に、ポリエステル樹脂と異なる厚さ数十ミクロンの耐熱樹脂を被覆した厚さ20ミクロンの純アルミニウム箔の二層薄板および厚さ数十ミクロンの耐熱樹脂を厚さ20ミクロンの純アルミニウム箔でサンドイッチした三層薄板を用いて、AZ31合金への接合性について調べた。その結果、加工時間である投射時間が長く、また加工温度が高い場合、AZ31合金基材への接合性は高いことがわかった。投射速度60m/sの場合、加工時間30～40sと加工温度150℃の加工条件で接合することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究遂行において必要な加熱装置についての試作を行った。基材であるAZ31合金試験片と異種材料である樹脂薄板および純アルミニウム薄板を均一に加熱保持可能な温度制御付装置である。異種材料の接合性を高める目的であり、温間で加工可能な加熱装置の試作を行うことが計画通りに準備できた。この装置の試作は基材であるAZ31合金とともに異種材料である樹脂被覆アルミニウム薄板に対して、これらの変形抵抗を低下させて塑性変形量を大きくする必要があるためである。この装置を用いてポリエステル樹脂の被覆した純アルミニウム薄板の接合性を調べた結果、接合性の可能性が見られる加工条件を見いだした。完全な接合には至っていないが、さらなる最適加工条件を調べている。次に、加熱装置を用いて、ポリエステル樹脂とは材質の異なる耐熱性樹脂を用いた接合を行った。その結果、樹脂を被覆した純アルミニウム薄板において、接合の可能性が高いことがわかった。とくに、樹脂を純アルミニウム薄板でサンドイッチした三層構造の薄板においても接合が見られた。接合断面の観察を行った結果、良好な接合が確認出来た。なお、良好な接合性が得られた試験片に対して、耐食性や耐摩耗性の評価について調べる計画であったが、十分な接合性が得られた加工条件と表面特性の関係についての検討を継続して行っているのでまとまり次第行う。また、基材であるAZ31合金以外のマグネシウム合金試験片の準備も計画通り進んでいる。以上より、本来の計画である加熱装置の準備と接合性の可能性を確認出来たことによって、本研究はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、引き続き基本とするAZ31合金基材への樹脂被覆純アルミニウム薄板の接合を行い、最適な接合性が得られる加工条件の検討を行う計画である。具体的には、被覆する異種材料の構成や板厚などの条件に対する加工温度や投射条件などの加工条件の影響について調べる計画である。また、複数の皮膜構造を有する多層皮膜の形成も行う計画である。この多層皮膜の接合の場合、層の厚さや樹脂の種類を変化させた組み合わせも試みる計画である。一方、当初の計画にはなかったが、樹脂と金属を接合させる技術として注目されている蒸着による皮膜形成を試みる計画である。温間における蒸着によって、純アルミニウム薄板との強固な接合を試みる。具体的には、耐熱製樹脂において樹脂の片面および両面への純アルミニウム蒸着を行う被覆薄板の作製を行う。予備試験的ではあるが、樹脂への蒸着皮膜は可能であることがわかっている。しかし、現段階では皮膜厚さが十分ではないことが得られており、現在、皮膜厚さを増加させる蒸着条件の検討を行っている。さらに、樹脂と純アルミニウム薄板の接合性を高めるため、当初の計画ではなかったが、樹脂中に純アルミニウム粉末を混合させる方法で接合を試みる。この方法によって、予備試験の段階ではあるが、樹脂中の純アルミニウム粉末を介して純アルミニウム薄板が接合することが得られている。基材であるAZ31合金との接合性を高める方法として有効な手法と考えており、今後の研究でも進める計画である。
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| Causes of Carryover |
研究内容を発表する予定だった学会への参加を次年度に延期したため、旅費の次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
研究内容を発表する予定の学会に必要な旅費として使用する計画である。
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Research Products
(2 results)
