難燃性マグネシウム合金板を素材とした超軽量中空金属球発泡体の創成

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H02465
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 北薗 幸一 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (20321573)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 筧 幸次 首都大学東京, システムデザイン研究科, 教授 (70185726)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ポーラス金属 / 難燃性マグネシウム合金 / 中空金属球 / 発泡

Outline of Annual Research Achievements

現在、3D積層造形等の新しい作製プロセスの開発により、ポーラス金属に関する研究が世界中で盛んになっている。中空金属球は、クローズドセル型ポーラス金属の一種であり、パチンコ玉サイズの中空構造をしている。多数の中空金属球を接着した積層体や中空金属球を充填した筒構造は、優れた衝撃吸収部材として工業的に利用されている。ほとんどの中空金属球は粉末を原料とした鉄製であり、その他の金属での作製例はほとんどなかった。研究代表者は、過去にマグネシウム合金製中空金属球の作製を試みたが、不活性ガス雰囲気中で加熱・発泡しなければならなかったため、著しく生産性が低かった。本研究は、中空鉄球よりも劇的に軽量なマグネシウム合金製中空金属球を比較的低コストで生産することを目的とする。出発材として安価な難燃性マグネシウム合金板材を用い、その繰り返し拡散接合により作製したプリカーサを加熱・発泡するプロセスを用いマグネシウム合金製中空金属球を作製する。3サイクルの繰り返し拡散接合により、発泡剤の水素化チタン粉末が均一に分散したプリカーサの作製に成功した。デジタルビデオカメラにより、赤外線イメージ炉による加熱・発泡プロセスをその場観察した。条件を変えた試験により、最大気孔率36%、最大真球度0.87の中空金属球を作製できた。今後、加熱速度、保持温度、保持時間の更なる最適化が必要であるが、大気中でのマグネシウム合金製中空金属球の作製プロセスに関する目処を付けることができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究分担者1名、研究協力者1名で研究を遂行した。不二ライトメタル製の難燃性マグネシウム合金Mg-6Al-0.4Mn-2Caを出発材に用いた。発泡剤として高純度化学研究所製水素化チタン粉末を用いた。島津製作所製圧縮試験機を改良し、高温圧縮試験を行った。3サイクルの繰り返し拡散接合により、水素化チタン粒子が分散したプリカーサを作製した。ULVAC製赤外線イメージ炉を用いて加熱・発泡試験を行った。気孔率、真球度と保持温度の関係を調べ、約620℃でこれらの値が最大になることを見出した。2019年8月にポーラス金属に関する国際会議Metfoam 2019に参加し、ポーラス金属分野の最新の研究開発状況を調べた。研究成果の一部を研究協力者の卒業論文として発表した。

Strategy for Future Research Activity

加熱・発泡における加熱速度、保持温度、保持時間の最適化を行い、高気孔率で真球度の高い中空金属球の作製を行う。作製した中空金属球の硬さ、圧縮特性を調べる。また、電子顕微鏡観察により機械的特性と微細組織との関係を明らかにする。軽金属学会春期大会において、成果の一部をポスター発表予定である。