2014 Fiscal Year Research-status Report
酸化物ナノ粒子によるナノテルミット反応を利用したMMCの自発的複合化技術の開発
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26420752
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
水本 将之 岩手大学, 工学部, 准教授 (90325671)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 金属基複合材料 / 金属ナノ粒子 / テルミット反応 / 自発溶浸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
無電解めっきを応用してアルミナボール表面にNiナノ粒子を導入し，熱処理によるNiナノ粒子の性状の変化およびNiナノ粒子が複合化プロセスに及ぼす影響を調べた．無電解メッキの際の，めっき浴の温度およびめっき時間の増加に伴い，アルミナボール表面に導入したNi粒子は独立したナノ粒子状から，粒子が密に分布した被膜状に成長することがわかった．次に，Niナノ粒子の分布状態が異なるアルミナボールとAC3A合金の複合化実験を行ったところ，Niめっきを施していない場合には，ほとんど複合化しなかった．一方，Niを独立したナノ粒子状に導入した場合には，アルミナボールの間隙に一部複合化不良が観察されたが，密に分布した被膜状に導入した場合には，完全に溶浸した．これは，Niナノ粒子の分布が密な方が，狭い間隙おいてもAC3A合金溶湯と接触が容易になったためと考えられる．また，アルミナボールとAC3A合金の接合界面は，Niの分布に関わらず，良好であった．このことから，Niをナノ粒子状に導入することで自発溶浸が可能になるが，Niナノ粒子の分布が複合化プロセスに影響を及ぼすことがわかった．次に，表面をNiナノ粒子で被覆したアルミナボールを熱処理し，熱処理前後のNiナノ粒子の変化をXRDにより調べた結果，熱処理後では，NiOのピークのみが検出された．これは，熱処理によってNiが完全に酸化されたことを示している．従って，本研究においては，Niナノ粒子が高温で保持されることにより生じたNiOと溶融Al合金とのテルミット反応により，ぬれ性が改善されて自発溶浸が生じたことがわかった．また，この反応で発生する反応熱によって，Al合金溶湯の表面を覆う酸化膜が局所的に破壊されることにより，継続的に複合化が進行したと考えられる．
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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
当初の予定通り，Niを無電解めっきの技術を応用してナノ粒子状にセラミックス強化材の表面に導入する技術を確立し，Niナノ粒子の分布の制御因子を明らかにすることができた．また，熱処理前後でのNiナノ粒子の性状の変化を明らかにすることで，Niナノ粒子を導入することにより可能になった自発複合化プロセスについて，従来のセラミックス強化材の表面を金属化することによるものではなく，熱処理中に金属ナノ粒子が酸化することにより生成した酸化物ナノ粒子と金属溶湯との酸化還元反応によるものであることを明らかにすることができた．さらに，Niナノ粒子の分布が，自発溶浸プロセスに影響を及ぼすことを見出したことにより，次年度以降に予定している，自発溶浸に適したNiナノ粒子の分布を明らかにする必要があることがわかった．以上のことから，本年度に予定していた研究はおおむね達成することができたと考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に得られた研究成果から，セラミックス強化材の表面に導入するNiナノ粒子の分布を変化させた実験と複合化実験を並行して実施することにより，自発的複合化のために必要十分なテルミット反応が生じる酸化物ナノ粒子の分布および粒径を明らかにする．また，複合化のための高温保持時間を変化させた複合化実験を行うことにより，Niナノ粒子を用いた複合化過程を詳細に解析する．これは，本年度の研究において，自発溶浸過程を観察したところ，高温保持した際に，金属溶湯がセラミックス強化材層に溶浸を開始するまでにある程度の時間を要するが，溶浸開始後は比較的迅速に溶浸が完了する現象が見いだされたためである．この現象の原因については，すでにいくつかの原因を予測しているが，それらを実証，解析するために，複合化条件を変化させた実験を行う．
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