アルミニウム基複合材料の耐摩耗マイクロメカニズムの解明と材料設計指針の提示

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17760119
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: 宮島 敏郎 新潟大学, 自然科学系, 助手 (60397239)
• Keywords: トライボロジー / 摩耗 / アルミニウム基複合材料 / スクラッチ試験 / ナノインデンテーション試験 / 炭化ケイ素粒子 / 凝着

Research Abstract

複合材料の機械的性質(弾性率・強度)に関する複合則や材料の設計指針が構築されているのに対し、耐摩耗性に関しては、未だ定まった設計指針が存在せず、試行錯誤による材料開発が行われている。
本研究では、A2024アルミニウム合金にsic粒子を含有し強化した、sic粒子強化Al基複合材料の変形過程と摩擦面上の強化材単体の破壊・脱落過程を、ナノインデンテーション試験及びスクラッチ試験によってマイクロスケールで実験解析し、強化材単体が摩耗特性に果たす役割を荷重支持効果と凝着抑制の観点から研究した。
ナノインデンテーション試験では、粒子の大きさによって、粒子が押し込まれる挙動が異なること、負荷荷重と押し込み深さの関係を3パターン(粒子の変形のみ、粒子の変形と粒子がマトリックス内に押し込まれる挙動、粒子が深く押し込まれる挙動)に分類できることを示せた。
スクラッチ試験では、垂直荷重が増加するにつれて、粒子がマトリックス材の中に押し込められて凝着に至る挙動を示せた。また、粒子径、強化材の体積含有率によって、凝着に至る荷重値が異なることも明らかになった。
以上の結果を総合し、スクラッチ試験におけるSiC粒子の深さ方向の挙動を、スクラッチこん深さと、ナノインデンテーションによる荷重支持効果の領域分けにより評価できることがわかった。また、ある深さにスクラッチこんが至るまでは、粒子とマトリックス両方の効果により、粒子が押し込まれて生じる凝着が発生しないことや、粒子間距離が粒子径の約2.3倍以下であれば、粒子間における凝着が生じなくなることが明らかになった。
現在までは、実験解析により得られた結果から、粒子の挙動を明らかにしてきたが、今後は、粒子径と体積含有率それぞれの効果についてより明確にするため、数値的解析結果も合わせて、研究を進めていく予定である。