Development of hybrid joining via blasting and hot water treatment
| Project/Area Number |
20H02041
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
梶原 優介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60512332)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 文信 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (10739311)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
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| Keywords | 金属樹脂成形接合 / ブラスト処理 / 熱水処理 / 接合メカニズム / 異材接合 / 成形接合 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，ブラスト処理後に異材援用型熱水処理法を導入して鋼材表面にもナノ構造を創製し，Alのみならず鋼材とエンジニアリングプラスチックの間で引張せん断強度30 MPa，疲労試験強度(1000万回繰返し後のせん断強度)20 MPa以上の成形接合を達成する．加えて，熱水処理などで生成されるナノ構造への溶融樹脂転写の高分子サイズ効果を導き出すとともに，nano-FTIRやTHz偏光計測など新規技術を導入して接合部の樹脂配向や化学結合状態を明らかにし，成形接合における接合メカニズムを解明する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，自動車の生産ラインと親和性の高いブラスト処理と熱水処理を融合した金属樹脂直接成形接合技術を確立すること，及び成形接合時の樹脂転写現象を明らかにするとともに，接合寄与因子を解明することである．具体的には，ブラスト処理後に異材援用型熱水処理法を導入して鋼材表面にもナノ構造を創製し，Alのみならず鋼材とエンジニアリングプラスチックの間で引張せん断強度30 MPa，疲労試験強度(10^7回繰返し後のせん断強度) 20 MPa以上の成形接合を達成する．加えて，熱水処理などで生成されるナノ構造への溶融樹脂転写の高分子サイズ効果を導き出すとともに，nano-FTIRやTHz偏光計測など新規技術を導入して接合部の樹脂配向や化学結合状態を明らかにし，成形接合における接合メカニズムを解明する.
2020年度はまず，Alと樹脂によるブラスト/熱水処理援用型成形接合技術の確立を推し進めた．具体的には，ブラスト処理後の熱水処理によって，AlとPBT，PA6との成形接合技術を実現して処理条件，成形条件を最適化し，いずれもせん断強度20 MPa以上を達成した．PA6に関しては，樹脂の流動性を高める添加剤を加えて成形接合を行うことにより，AlとPA6との間に30MPa以上という非常に高強度の接合を実現させている．以上に加えて，鋼材と樹脂の成形接合のトライアルを行い，ブラスト処理SPCCとPBT，ブラスト＋熱水処理SPCCとPBTとの間に20MPa以上の成形接合を実現したほか，亜鉛めっきハイテン鋼に関しても熱水処理のみでPBTとの成形接合に成功するなど，様々部材においてブラスト，熱水処理の有用性を確認している．
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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
AlとPBT/PA6によるブラスト/熱水処理援用型成形接合に成功し，処理条件，成形条件を最適化してせん断強度20 MPa以上を達成したほか，新しい方向性として，PA6に添加剤を加えて流動性を向上させて成形接合を行うことにより，AlとPA6との間に30MPa以上という非常に高強度の接合を実現させている．これは当初の計画には無かった方向性であり，本研究において今後新たな展開が期待できる．以上に加えて，ブラスト処理SPCCとPBT，ブラスト＋熱水処理SPCCとPBTとの間に20MPa以上の成形接合を実現したほか，亜鉛めっきハイテン鋼に関しても熱水処理のみでPBTとの成形接合に成功している．亜鉛めっきハイテン鋼が表面亜鉛層の熱水処理のみで成形接合に大きく寄与する点は当初の想像以上であり，本内容については2021年5月に特許出願を行う予定である．以上のように，計画以上に新しい展開が様々生まれつつあるため，当初の計画以上に進展している，と判定した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は様々な金属部材とエンジニアリングプラスチックの成形接合をブラスト処理と熱水処理によって実現しており，2021年度も同様に提案法の応用展開を進める．加えて，2021年度の大きな軸としては，耐久性評価がある．2020年度に簡易的な疲労試験装置を購入したため，接合試験片に対して疲労試験や温度サイクル試験を行って材料や条件による比較を行い，より耐久性の高い接合方法を開発するほか，接合断面の電子顕微鏡やナノFTIRによる解析を進めて接合メカニズムの解明を進める予定である．
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Report
(1 results)
Research Products
(23 results)
