| 研究課題/領域番号 |
23K04458
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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26060:金属生産および資源生産関連
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| 研究機関 | 岩手大学 |
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研究代表者 |
水本 将之 岩手大学, 理工学部, 教授 (90325671)
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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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 初晶Si微細化 / 過共晶Al-Si合金 / 異質核 / 溶湯窒化法 / AlN / Hyper-eutectic alloy / Primary Si / Refinement / Aluminum nitride / In-situ composites |
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| 研究開始時の研究の概要 |
鋳造用過共晶Al-Si系合金の安定かつ安価な高機能化技術を開発するために，内部窒化法によるAlN/Al合金MMCの作製技術を応用し，窒素ガスバブリングによって溶湯中にその場生成させたAlNにより過共晶Al-Si系合金の初晶Siを微細化し，機械的特性および加工性を向上させた鋳造用過共晶Al-Si系合金の製造技術を開発する．そのために，実験条件と生成するAlNの形態等の関係について調査し，初晶Siの晶出挙動とAlNの形態の関係を明らかにする．また，Al合金に含まれる微量元素がAlNの形態に及ぼす影響を調査する．さらに，この技術により組織制御した過共晶Al-Si系合金の諸特性についても調査する．
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| 研究実績の概要 |
過共晶Al-Si合金は，比強度や耐摩耗性に優れ，熱膨張係数が小さいなどの特性を活かして，自動車のエンジンの高温部材やエアコンプレッサーなどの摺動部材に広く利用されており，自動車の電動化に伴う軽量化への要求から，その需要は高まることが予測されている．しかし，この合金は凝固時に粗大な初晶Siが晶出すると，機械的性質が低下するという問題がある．そこで，過共晶Al-Si合金溶湯に細孔を持つノズルを使って高純度窒素ガスでバブリング処理を行うことで，溶湯中にAlNをその場生成し，生成したAlNを初晶Siの晶出核とする技術を提案している．実験では，溶湯温度やガス流量の実験条件が生成物の形態に影響を及ぼすことがわかった．溶湯温度が850℃でバブリング処理した場合には，微細な初晶Siの内部には主に粒状の介在物が観察された一方で，800℃で処理した場合には粗大な初晶Siや共晶Siに隣接して主に皮膜状の介在物が観察された．このことから，溶湯温度によって生成物の形状が変化することを示唆された．また，ガス流量が0.5 L/minの試料では，1.0 L/minの試料と比較して観察された介在物の数が少なかった．さらに，介在物を元素分析した結果，皮膜状の介在物では一部でNとAlの分布が一致したが，主に酸化物であることがわかった．粒状の介在物では，NとAlの分布が一致しており，特に初晶Siの中心に観察された粒状介在物では，NとAlの分布が一致していたことから，バブリング処理によってその場生成されたAlNが初晶Siの異質核として機能した可能性が示唆された．
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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
AlNの生成条件および生成するAlNの形態に及ぼす溶湯温度やガス流量の影響について，おおよその傾向を把握することができた．また，生成物の形態と晶出する初晶および共晶Siとの位置関係についても調査することができ，得られた結果から，粒状の生成物は初晶Siの晶出核として有効に機能するが，皮膜状の生成物は初晶および共晶Siの晶出に影響を及ぼさないことが分かった．これらの結果から，今後の研究において，より大量のAlNを生成させることによる過共晶Al-Si合金の組織制御のための溶湯処理条件に関する重要な知見を得ることができたため，令和６年度に予定している特殊溶湯処理装置を導入した実験を，これらの知見を元に行うことができる見通しを立てることができた．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和６年度は，AlNを効率的にその場生成させ，これまでの研究で問題となっていた溶湯中における粗大な初晶Siの成長を抑制しつつ，微細な粒子状の生成物を溶湯中に均一分散させることができる特殊な溶湯処理装置の設計について，製造業者との打ち合わせに長時間を要し，令和５年度中に導入することができなかった．そのため，令和６年度は令和５年度に得られた知見を盛り込んで設計した特殊溶湯処理装置を導入して実験を行い，より大容量の過共晶Al-Si合金溶湯を用いることで，AlNの生成の効率化と形態の制御，および過共晶Al-Si合金の組織に及ぼす影響について，より詳細に調べると共にデータのさらなる蓄積を行う．
また，初晶Siの晶出核として機能したとみられる生成物についてTEMを用いて生成物/初晶Si界面を観察し，生成物の構造および初晶Siと生成物の結晶学的関係について明らかにする．
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