Clarification of interfacial structure and fabrication of diamond dispersed Fe based alloy via friction stir densification processing

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04742
• Research Institution: Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 長岡 亨 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (90416347)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水内 潔 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究フェロー (60416344)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: パルス通電焼結 / 摩擦攪拌プロセス

Outline of Annual Research Achievements

Fe粉末と粒径約200 µmの銅被覆ダイヤモンド粉末を混合して、パルス通電焼結を行った。銅被覆ダイヤモンド粒子の含有量は5 wt%, 10 wt%, 20 wt%, 30 wt%と変化させた。700℃にて1時間保持することで焼結体を得ることができた。得られた焼結体はその後摩擦攪拌プロセスに供した。底面がフラットである回転ツールを用いて、回転数1000 rpm、ツール押し込み量0.8 mmで摩擦攪拌プロセスを施した。ダイヤモンド粒子の含有量が5 wt%, 10 wt%の場合に、回転ツールによって焼結体を破壊することなく、緻密化することができた。
断面観察の結果、Feマトリックスは回転ツールの影響で動的再結晶により微細化したが、銅被覆ダイヤモンドの形状は焼結前と比較して大きな変化は認められなかった。ダイヤモンドの周囲には厚さ5 µmから10 µmのCu層が存在し、その界面には化合物相は認められなかった。CuとFeマトリックスの界面に空隙等の欠陥や化合物相は観察されなかった。パルス通電焼結後のFeマトリックス内には、酸素濃度の高い領域がネットワーク状に形成されたが、摩擦攪拌プロセス後は微細に分散した。EBSDによる結晶方位解析の結果から、Feマトリックスの結晶粒径は焼結後で7.8 µm、摩擦攪拌プロセス後で5.7 µmであり、結晶粒はわずかに微細化した。摩擦攪拌プロセス中に動的再結晶が生じることで微細化したものと考えられた。