| 研究課題/領域番号 |
19K05028
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
熊井 真次 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (00178055)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 接合・溶接 / 構造・機能材料 / 異種金属接合 / 数値解析 / 衝撃圧接 / 接合機構 / 接合条件 / 電磁圧接 / 接合界面形成機構 / アルミニウム |
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| 研究開始時の研究の概要 |
電磁圧接によってAl/Cu、Al/Fe、Cu/Ni等の異種金属接合を実施し、得られた接合界面の組織、組成、接合強度を実験的に観察・解析・評価する。並行して、電磁圧接過程を構成する各過程を、Emag-Mechanical、SPHならびにOpenFOAM等の数値解析手法を連結することによってシミュレーションする。数値解析で得られた、極短時間の内に起こる接合界面近傍の物質移動、温度変化に基づき最終的な接合界面形態を予測、これを実際に得られた接合界面と比較・検討することによって、接合界面形成機構を解明し、最適接合条件を確立する。
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| 研究成果の概要 |
電磁圧接の接合条件、異種金属の接合界面形態、接合強度の相互関係について、実験的手法ならびに衝撃解析と熱解析をリンクさせた数値解析手法によって調査した。衝突点における両金属成分の分布（混合）挙動、衝撃圧接界面における圧力上昇と温度上昇、その後の熱拡散による冷却（温度低下）挙動をシミュレーションし、これを実際に得られた衝撃圧接界面組織と突き合わせ、異種金属電磁圧接界面に特有な組織の形成機構を明らかにした。数値解析で得らえた接合界面近傍の物質移動、温度変化に基づいて再現された最終的な接合界面は、実験で得られた接合界面と定量的によく一致していた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
異種金属接合は製品のマルチマテリアル化に欠かせないが、通常の溶融接合法や固相接合法は熱影響による組織変化や特性劣化が大きいため、異種金属接合には適用できない。電磁圧接は電磁力により異種金属を高速で傾斜衝突させ、固相状態で瞬間的に接合させる手法であり、どのような金属でも極めて強固に接合できる。本研究では、数μ秒間という極めて短時間に起こる金メタルジェットの放出と波状界面形成、局所的圧力・温度上昇とその後の急速冷却過程を数値解析して再現した接合界面が、実際の接合界面と極めてよく一致することを示したものであり、接合界面形成メカニズムの解明という学術的意義、最適接合条件の確立という社会的意義がある。
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