2019 Fiscal Year Research-status Report
ナノコンポジット接種剤による過共晶Al-Si系合金のロバストな組織制御技術の開発
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18K04794
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
水本 将之 岩手大学, 理工学部, 教授 (90325671)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 過共晶Al-Si合金 / 微細化 / 金属基複合材料 / SiC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の研究の結果，溶湯撹拌法およびLanxide法で作製した25vol%SiC粒子分散Al-Si合金基複合材料を接種剤として添加した場合，いずれも初晶Siの粒径が約25%減少することがわかり，いずれの作製方法による添加剤でもその効果に大きな違いは見られなかったが，過共晶Al-Si合金中のSiCの分散状態およびSiCと初晶Siとの位置関係には違いが見られたため，これらに影響を及ぼした因子として，接種剤添加後の撹拌時間，冷却速度および接種剤の作製方法の違いによるSiCの表面状態の違いに着目して研究を行った．
添加後の撹拌・保持時間を60minまで延長した場合，いずれの作製方法による接種剤を用いた場合でも初晶Siの粒径は約25%減少し，また金型と砂型を用いて鋳造した場合でも，冷却速度が約10倍異なるにもかかわらず（金型：8K/sec，砂型：0.9K/sec），いずれも初晶Siの形状は塊状で粒径は約25%減少していた．このことから，本研究課題で提案する微細化技術が鋳造条件に影響を受けにくいロバストな技術であることが証明された．しかし，微細化効果は十分とは言えず，これは用いたSiCの粒径が17μmと大きいために，晶出する初晶Siの数に対してSiCの数が少なく，またSiと結晶学的に整合性の高いSiCの面が表面に露出する確率が高くないためと考えられる．
一方で，溶湯撹拌法で作製した接種剤を用いた場合には，SiCは初晶Siの端部に接していたものが多かったのに対し，Lanxide法で作製したものを用いた場合にはSiCは初晶Siに内包されたものが多く観察された．これは，Lanxide法で作製した接種剤中のSiCの表面にはAlNが生成しており，AlNもSiと結晶学的に整合性の高い面を持つことから，AlNが存在することで，SiCの表面がよりSiの成長に有利なものになったためと考えられる．
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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
本研究で提案する微細化技術が当初の目的通り，鋳造条件に依存しないロバストな効果を発揮する技術であることを証明することができた．また，微細化効果が十分でない理由として，よりSiの成長に有利な表面を持つSiCを多数添加することが必要であることが示唆されたが，これは使用する接種剤に用いるSiCの粒径をより微細なものにすることで解決できると考えられ，それに対する対策として新たな接種剤の作製方法についても目途が付いており，試作を行っている．さらに，SiCの他にも初晶Siの微細化に有望な物質とその添加技術についての知見も得ることができ，本研究課題の遂行と新たな展開について重要な知見を多く得ることができた．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究成果を踏まえて，より初晶Siの成長に有利な面が表面に露出したSiCを多数添加するために，微細なSiC（2μm以下）を含む接種剤を試作・添加し，その効果について調べる．微細SiCを含む接種剤の作製技術についての基礎的な知見は既に得られているが，そのような接種剤を用いた場合の溶湯中での接種剤の溶解挙動やSiCの分散挙動については明らかではないため，それらについて調査すると共に，接種剤の溶解不良やSiCの凝集が起こりやすくなることが予測されるため，微細SiCを含む接種剤の組織制御等による問題解決を図る．また，微細化した過共晶Al-Si合金の特性に及ぼす効果についても，機械的および物理的特性を調べることで明らかにし，従来法による微細化技術の効果と比較する．さらに，本年度の研究成果からSiCの他にAlNも初晶Siの晶出挙動に影響を及ぼすことが示唆されたため，AlNの効果のみを分離して調べるために，初晶Siの晶出に影響を及ぼさない（あるいは影響が非常に小さい）物質の表面にAlNを生成させた接種剤を用いた実験を行い，AlNの効果について検証する．
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