| 研究課題/領域番号 |
23K04392
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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 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
高山 善匡 宇都宮大学, 工学部, 教授 (60163325)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | パルス通電接合 / アルミニウム合金 / 炭素鋼 / アルミニウム粉末 / シリコン粉末 / インサート材 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
アルミニウム合金/鉄鋼材料のパルス通電接合の成否を左右するのは接合界面温度の設定と制御である。本研究では、Al粉末とSi粉末の混合比を変化させたインサート材を用いることで、その電気抵抗率を適切な値にして温度設定・制御を可能にし、最大接合強度が得られる最適条件を探索するとともに、接合メカニズムおよび接合強度に影響を及ぼす接合因子を明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、A5052Al合金とS45C炭素鋼を被接合材とし、Al, Si混合粉末をインサート材としてパルス通電接合を行い、接合パラメータである(a) Ins材の厚さ、(b) Al, Si混合粉末混合比、(c) 圧粉応力、(d) 接合時の加圧力、(e) 電流、(f) 保持時間の影響を調べ、接合強度の最大値が得られる最適条件を探索する。その前提として、混合比の異なるIns材の電気抵抗率（or 導電率）を測定する。接合実験の後、界面観察、界面近傍のEBSD解析、接合強度評価と破断面観察・EDS組成分析・電気抵抗率測定を行い、接合メカニズムおよび接合強度に影響を及ぼす接合因子と易分離性を検討する。
実施したパルス通電接合実験の条件は次の通りである。被接合試料として直径20mm,高さ20mmの5052Al合金およびS45C炭素鋼丸棒材を、発熱材として,直径20mm,高さ10mmのカーボン治具を用いた。まず、Al粉末のみをインサート材とした条件として、圧粉荷重2条件、圧粉体厚さ2条件、接合温度（カーボン治具温度）2条件、接合保持時間2条件を変化させて組み合わせた6条件を設定した。パルス電流は3.5kA一定とした。次に、Al粉末にSi粉末を12mass%および6mass％混合した粉末をインサート材とし、接合保持時間2条件を組み合わせた3条件で接合実験を行った。接合後、継手より平行部長さ6mm、幅4mm、厚さ1.5mmの引張試験片を切り出し、接合強度を測定した。その結果、9条件のうち、Al粉末に6%Si粉末を混合したインサート材を用いた接合実験により、最も高い接合強度を得ることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
アルミニウム粉末、アルミニウム/シリコン混合粉末をインサート材として用いることにより、A5052Al合金とS45C炭素鋼の接合を達成することができた。また、アルミニウム粉末のみをインサート材とした場合に比べ、混合粉末をインサート材とした方が高い接合強度が得られ、混合粉末インサート材の優位性を確認することができた。今後はより高い接合強度を得る条件を探索するとともに、界面近傍の観察・分析により、接合メカニズムと接合強度に影響を及ぼす接合因子の解明、さらには易分離性を検討する。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後はより高い接合強度を得る条件を探索するとともに、界面近傍の観察・分析により、接合メカニズムと接合強度に影響を及ぼす接合因子の解明、さらには易分離性を検討する。界面近傍の観察・分析については、接合過程でのアルミニウム/シリコン混合粉末の溶融に伴うシリコンの拡散と接合強度との関係に着目する。このような結果を基にして、接合メカニズムと接合強度に影響を及ぼす接合因子を明らかにできるものと考えられる。また、易分離性については、接合後の継手に対し加熱と界面近傍相の溶融の関係を調べ、易分離性を検討する。
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