特性劣化のないAl／Fe接合体の設計・制御のための界面層強度発現機構の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01662
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 裕 東北大学, 工学研究科, 教授 (00292243)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鴇田 駿 東北大学, 工学研究科, 助教 (60807668)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 溶接・接合 / 異材接合

Outline of Annual Research Achievements

合金元素としてNi, Cr, Si, Ti, Zn等をそれぞれ含むAl合金を鋳造、熱間圧延、冷間圧延を行うことで製造した。合金元素量は1～5 at%の間で変化させた。るつぼに純Alインゴットと添加元素ブロックを入れて、大気炉で加熱・溶解させ、溶湯を攪拌した後、金型へ鋳造した。その後、熱間圧延を実施して凝固偏析の低減を図り、最終的には冷間圧延で加工硬化させ、長さ100×幅5×板厚2mmの棒材に仕上げ、Al/Fe重ね接合における溶加材として利用した。Al/Fe接合界面へのNi添加に関しては、Ni添加Al合金溶加材の使用のほかに、Ni電解めっき鋼板と純Al板の接合も試みた。また、Ni＋SiおよびNi＋Zn複合添加に関しては、SiおよびZn添加Al合金溶加材とNi電解めっき鋼板を併用した。鋼の上に市販のAl合金と元素添加Al合金溶加材を配置し、ティグアークブレージングを用いて、Al/Fe接合体を作製した。Al/Fe接合体の引張せん断試験を実施した結果、全ての接合体は接合界面で破断し、接合強度は元素添加に伴い増加した。合金元素の単独添加の場合にはNi添加が最も効果的に強度を上昇させたが、Ni＋SiやNi＋Znの複合添加では更なる強度上昇が達成された。接合界面を観察した結果、いずれもAl-Fe系金属間化合物からなる界面層が確認され、Ni単独添加、Ni＋Zn複合添加の場合には主にFe2Al5相が、Ni＋Si複合添加の場合にはAl-Fe-Si系金属間化合物も観察された。変形中の界面層におけるき裂の発生・進展挙動解析をデジタル画像相関法にて実施したが、塑性変形をほとんど伴わずに生じることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初、電子顕微鏡付属品を設備として購入し、界面層での「変形・破壊の起点・進展の特定」に関する研究を実施する予定であったが、コロナによる半導体不足のため、2021年度中の納品が不可能となってしまい、研究費の繰越申請を実施した。購入設備で実施予定の「変形・破壊の起点・進展の特定」については、代替設備を探して実施することになったため、結果的にあまり進めることができなかった。

Strategy for Future Research Activity

納入設備が導入され次第、界面層での「変形・破壊の起点・進展の特定」を進める。予備試験の結果、界面層での塑性変形はほとんどなく、き裂発生・進展が急速に生じることが明らかになったため、動的挙動解析を重視せずに、界面層でのき裂発生・進展挙動と材料組織学的特徴の関係を効率よく解明することに努める。