超音波界面制御に基づく電磁撹拌複合化プロセスに関する研究

• 研究課題/領域番号: 08555180
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 展開研究
• 研究分野: 金属生産工学
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 奥宮 正洋 豊田工業大学, 工学部, 助教授 (20177182)
• 研究分担者: 杉本 繁利 トヨタ自動車株式会社, 第1材料技術部, 室長 ; 毛利 尚武 豊田工業大学, 工学部, 教授 (90126186) ; 恒川 好樹 豊田工業大学, 工学部, 教授 (50148350)
• 研究期間 (年度): 1996 – 1998
• 研究課題ステータス: 完了 (1998年度)
• 配分額: 19,400千円 (直接経費: 19,400千円); 1998年度: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円); 1997年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1996年度: 12,600千円 (直接経費: 12,600千円)
• キーワード: 超音波振動 / 発熱反応 / 電磁撹拌 / 金属基複合材料 / 複合スラリー / 濡れ性 / アルミナ粒子 / シリカ粒子 / 界面制御 / 複合化プロセス / セラミック粒子 / 生成複合化 / 結晶粒微細化 / 電磁攪拌 / 液相プロセス / アルミニウム合金 / 凝固組織 / 粒子移行モデル

研究概要

本研究では,超音波界面制御に基づいて,短時間で微細粒子を溶湯中に均一分散させ,同時にマトリックス金属の強化を図る液相複合化プロセスの実現を目的とする.超音波振動,金属粉末添加,電磁撹拌を主な研究手段として適用する.これらの手段を濡れ性の改善,アルミナイド生成発熱反応,凝固組織制御に寄与させ,渦流撹拌液相プロセスにおける問題を解決する.具体的には,Al_2O_3粒子あるいはSiO_2粒子をAl合金溶湯表面に添加し,電磁撹拌による粒子複合化および生成複合化に関する基礎データを採取した.これらの複合化実験を通じて,本研究目的の実現に必要な以下の要素技術を明らかにした.
(1)金属溶湯,マトリックス固相への粒子移行モデル構築
・金属溶湯中への球状粒子移行モデルと異形粒子の移行モデルに関する理論的,実験的考察
(2)超音波界面制御に基づく粒子複合化の評価
・見かけの濡れ性改善による複合化時間,粒子分散性への効果
・純Al,Al-Mg合金溶湯の凝固組織と固相による粒子排出現象への冷却速度の効果
(3)超音波振動の強化相生成発熱反応(ハイブリッド化)への影響
・SiO_2粒子の純Al,Al-Mg合金溶湯への添加とAl_2O_3(MgAl_2O_4)相の生成
・生成強化相の量と寸法による粒子分散性への影響
(4)スラリー固相率の電磁撹拌複合化に及ぼす影響の評価
・複合スラリーの固相率が電磁撹拌速度に及ぼす影響と複合化実験
・超音波電磁撹拌による初晶寸法の微細化と粒子分散性への冷却速度の効果

研究成果

• [文献書誌] 弦間・鈴木・恒川・奥宮: "超音波溶湯撹拌法によるアルミニウム合金溶湯中での安定酸化物の生成複合化" 日本金属学会誌. 62巻・6号. 570-576 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 弦間・恒川・奥宮・毛利: "超音波溶湯撹拌によるアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会研究報告. 75号. 48-54 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Genma, Tsunekawa, Okumiya et al: "Melt Stirring Process with Ultrasonic Vibration for the Preparation of Al_2O_3 Particle IAe-Mg Composite Slurry." Proc.4th Decennial International Conference on Solidification Processing (SP97). 97-100 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 弦間・恒川・奥宮・毛利: "発熱反応を利用した超音波渦流撹拌によるアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 69巻・7号. 578-584 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Genma, Tsunekawa, Okumiya et al: "In corporation of Alumina Particles with Different Shapes and Sizes into Molten Aluminum Alloy by Melt Stirring with Ultrasonic" Materials Transactions, JIM. Vol.38 No.3. 232-239 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 弦間・恒川・奥宮・毛利: "超音波渦流撹拌によるアルミニウム溶湯へのアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 68巻・11号. 969-974 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Y.Genma, H.Suzuki, Y.Tsunekawa, M.Okumiya, N.Mohri: ""In-Situ Formation of Stable Oxides in Molten Aluminum Alloy by Ultrasonic Melt Stirring"" J.Japan Inst.Metals. vol.62, No.6. 570-576 (1998)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya, N.Mohri: ""Incorporation of Alumina Particles by Melt Stirring with Ultrasonic Vibration"" Research Reports of Japan Foundry Eng.Soc. No.75. 48-54 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya, N.Mohri: ""Melt Stirring Process with Ultrasonic Vibration for the Preparation of Al_2O_3 Particle/Al-Mg Composite Slurry"" Proc.4th Decennial International Conference on Solidification Processing (SP97). 97-100 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya, N.Mohri: "Incorporation of Alumina Particles by Melt Stirring with Ultrasound Assisted Exothermic Reaction"" J.Japan Foundry Eng.Soc.vol.69, No.7. 578-584 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya, N.Mohri: ""Incorporation of Alumina Particles with Different Shapes and Sizes into Molten Aluminum Alloy by Melt Stirring with Ultrasonic Vibration"" Materials Transactions, JIM. vol.38, No.3. 232-239 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya, N.Mohri: ""Incorporation of Alumina Particles into Molten Aluminum by Melt Stirring with Ultrasonic Vibration"" J.Japan Foundry Eng.Soc.vol.68, No.11. 969-974 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 恒川、奥宮、毛利 外: "超音波溶湯撹拌法によるアルミニウム合金溶湯中での安定酸化物の生成複合化" 日本金属学会誌. 62巻・6号. 570-576 (1998)
• [文献書誌] 恒川、奥宮、毛利 外: "発熱反応を利用した超音波渦流撹拌によるアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 69巻・7号. 578-584 (1997)
• [文献書誌] Tsunekawa, Okumiya et al: "Melt stirring Process with Ultrasonic Vibration for the Preparation of Al_2O_3 Particle/AL-Mg Composite Slurry" Proc.4th Decennial International Conference on Solidification Processing(SP97). 97-100 (1997)
• [文献書誌] Tsunekawa, Okumiya et al: "Incorporation of Alumina Particles with Different Shapes and Sizes into Molten Aluminum Alloy by Melt Stirring with Ultrasonic Vibration" Materials Transactions, JIM. 38巻・3号. 232-239 (1997)
• [文献書誌] 恒川、奥宮、毛利 外: "超音波漏流撹拌によるアルミニウム溶湯へのアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 68巻・11号. 969-974 (1996)
• [文献書誌] 弦間、 恒川、 奥宮ら: "超音波渦粒撹拌によるアルミニウム溶湯へのアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 68(11). 969-974 (1996)
• [文献書誌] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya et al: "Incorporation of Alumina Particles with Different Shapes and Sizes into Moltan Aluminum Alloy by Melt Stirring with Ultrasonic Vibration" Materials Trans.JIM. 38(3). 232-239 (1997)
• [文献書誌] 弦間, 恒川, 奥宮ら: "発熱反応を利用した超音波渦流撹拌によるアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 69(7). 578-584 (1997)
• [文献書誌] Y.Genma, Y.Tsunekawa, M.Okumiya et al: "Melt Stirring Process with Ultrasonic Vibration for the Prepavation of Al_2O_3 Particle/Al-Mg Coniposite Slurry" Proc.4th Decennial International Conf.Solidification Processing. 97-100 (1997)
• [文献書誌] 弦間, 恒川, 奥宮ら: "超音波溶湯撹拌によるアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会研究報告75. 48-54 (1997)
• [文献書誌] 恒川: "MMCの液相複合化プロセスに対する超音波振動の応用" 先端材料の脆性克販研究会活動報告書. 9-25 (1998)
• [文献書誌] 弦間,恒川,奥宮 外: "超音波渦流攪拌によるアルミニウム溶湯へのアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 68・11. 969-974 (1996)
• [文献書誌] Genma,Tsunekawa,Okumiya 外: "Incorporation of Alumina Particles with Different shapes and Sizes into Aluminum Alloy by Melt Stirring with Ultrasonic Vibration." Mater.Trans.JIM. 38・3. (1997)
• [文献書誌] 弦間・恒川・奥宮 外: "発熱反応を利用した超音波渦流攪拌によるアルミナ粒子の複合化" 日本鋳造工学会誌. 69. (1997)
• [文献書誌] Genma,Tsunekawa,Okumiya 外: "Melt Stirring Process with Ultrasonic Vibration for the Preporation of Al_2O_3 Particle/Al-Mg Composite Slurry." Proc.SP97. (1997)