2012 Fiscal Year Research-status Report
固相流動現象の可視化技術を活用した構造物の選択的部分強化改質技術の開発
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24656443
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
藤井 英俊 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (00247230)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森貞 好昭 大阪大学, 接合科学研究所, 講師 (00416356)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 摩擦攪拌接合 / 3次元可視化 / 部分改質 / 析出強化 / 変態 |
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| Research Abstract |
母材上へ異なる種類の粉末を塗布した後、高速回転する円柱状の工具を押し当てながら移動させることで摩擦熱を発生させ、鉄鋼材料に対しては、「攪拌-分散-拡散-変態」、Al合金等に関しては「攪拌-分散-拡散-固溶-析出」等の複雑な固相反応を１プロセス中で行い、その部位の特性を大幅に向上させる手法を確立した。これにより、構造物の任意の一部を材料を選ばずにかつ短時間で高強度化できる、これまでの常識を大きく覆す技術を確立した。本手法により例えば成形性の良い素材で大型構造部を製作した後、必要に応じて任意の場所を高強度化し、構造物全体の機械的特性を維持する斬新なプロセスを構築することが可能となった。
特に、Al合金に対しては、Cu粉末、Fe粉末等との組み合わせで実験を行った。Cu粉末を添加することで、Cuの固溶－Cu2Al微細析出を達成するとともに、Alに対する固溶度が小さいFe粉末に対しても同様な実験を行い、Cu合金と同様な効果が得られることを明らかにした。
一方で、「攪拌-分散」に関しては、225kVミリフォーカス線源を2つ用いた、3次元固相流動解析システムを構築し、世界で初めて、摩擦攪拌接合あるいはプロセス中の試料内の流動を直接観察システムを構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、摩擦攪拌プロセスを用いた実験的なアプローチと固相流動の3次元可視化の基礎的なアプローチを連携させ、 低温でプロセスを行うことのできるAl合金に対して検討を行った。Cu粉末を添加することで、Cuの固溶－Cu2Al微細析出を達成し、また、Alに対する固溶度が小さいFe粉末に対しても同様な実験を行い、Cu合金と同様な効果が得られることを明らかにした。これは、強ひずみ加工によって固溶度が増大したことを意味している。
また、225kVミリフォーカス線源を2つ用いた、3次元固相流動解析システムを構築し、世界で初めて、摩擦攪拌接合あるいはプロセス中の試料内の流動を直接観察システムを構築した。
さらに、平成25年度に予定していた、鉄鋼材料に関しても、先行して実験を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究は予定を上回って進行しており、このペースを維持して、最終目標を達成させる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
変態によって大幅な効果が期待できる鉄鋼材料へ展開する。ツールには、Si3N4などのセラミックスの他、低温（650～950℃）での十分な強度と靱性を有するWC超硬合金ツールを用いる。前述のように、透過X線を用いる場合には、Si3N4に限られる。また、強化される部位の厚さは、ツールのプローブ（突起部）の長さで制御する。
基材として、まず工業用純鉄（99.9%）（板厚5mm）を用い、粉体は粒径50～100μm程度の黒鉛とする。この際、攪拌による粒子の分断効果が期待されるため、比較的大きな粒径とする。
ツールの回転速度を900～1500rpm、移動速度を50～1000mm/minと変化させて、回転ピッチを用いて、入熱量を制御しながら実験を行い、表面硬化した部位の機械的特性をマイクロビッカース硬度により評価する。硬度および硬化層の厚さを測定し、条件依存性のマップを作成する。 これに基づいてI：オーステナイト領域までの加熱、II：動的再結晶を利用した炭素の拡散の促進、III：大きな冷却速度の3つの要素を同時に実現できるプロセスを確立する。
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