金属複合材料の微視的変形、破壊挙動の解析

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09650749
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 佐々木 元 広島大学, 工学部, 助教授 (30192595)
• 研究分担者: 吉田 誠 広島大学, 工学部, 助手 (80277847) ; 福永 秀春 広島大学, 工学部, 教授 (90034347)
• キーワード: 変形 / 破壊 / 金属複合材料 / 機械的性質 / 界面 / 透過電子顕微鏡 / マグネシウム合金 / アルミニウム合金

研究概要

本研究では、複合材料として特に、高圧鋳造法で作製したAl18B4033ウイスカ強化AlおよびMg合金複合材料、チクソキャスト法で作製したSiC粒子強化Mg合金複合材料の微視的変形・破壊挙動を、走査電子顕微鏡法および透過電子顕微鏡法を用いて原子的レベルで明らかにした。得られた結果は以下の通りである。
1. Al18B4033/Al,Mg複合材料:Al-1%Mg合金をマトリックスとした場合、550℃以上の熱処理により、ウイスカ/マトリックス界面に矩形のMgAl204反応生成物が生成した。この界面の形成により、破壊様式は、マトリックスの延性破面より反応生成物の見える脆性破面に変化する。反応生成物の形成により、ウイスカの部分的細径化、界面強度の低下、界面近傍の熱歪による転位の生成により、機械的強度が低下することが分かった。さらにFEM解析により、矩形の反応生成物は、応力集中場になることが分かった。また、マトリックスとして、Mg-12%Al-1%Zn合金を用いた場合、ウイスカ表面に20-30nmの均一な厚さのMgAl204反応生成物が形成し、ウイスカとマトリックスの直接反応を阻止していることが分かった。また、反応生成物とMgの界面での整合性も良く、熱処理をしても破壊様式は延性を示した。また、機械的性質の劣化も見られず、マトリックス合金と同様の時効硬化を示した。
2. SiC/Mg合金複合材料:強化材であるSiC粒子は、複合化前に大気中熱処理をすると、表面に均一な薄い酸化層を形成し、分散性の良い複合材料が出来る。SiCの凝集が破壊の起点になるため、分散性の良し悪しが機械的性質に大きく影響することが分かった。また、SiC粒子の熱処理の有無に関わらず、SiC/マトリックスの界面強度は強く、破断面にSiC粒子はほとんど観察されなかった。クラックは、マトリックス中およびSiC粒子の(111)面に沿って伝播することが分かった。

研究成果

• [文献書誌] L.T.Yac,: "Effect of Inter-fecial Reation on Rending Strength of Al18B4033 Whisker Reinfarced Aluminum Compostres" Meta.Mat.Trans A. 29A,5. 1517-1525 (1998)
• [文献書誌] J.Pan: "Effect of Intenface Reaction on Strength of Al_<18>B_40_<33> Reinfarced Al-Alloy Compasites" Proc.Gth Int'l Conf.on Aluminum Alloys (ICAA-6). 3. 1885-1890 (1998)
• [文献書誌] G.Sasaki: "Fracture Mechanism of Al_<18>B_40_<33> Whisker Reinfarced Aluminum Alloy Composites" Proc.ACCM-1. 2. 541,1-541,4 (1998)
• [文献書誌] S.Takeuchi: "Mechanical Troperties of Aluminum-Borate Whisker Remforced Moghesium Alloy Composites by Semi-Solid Process" Proc.ACCM-1. 2. 533,1-533,4 (1998)
• [文献書誌] H.Fukunaga: "Interfacial Reaction and Applicability of Al_<18>B_40_<33>/AL Composites" Proc.Europoan conference on compositematerials (ECCM-8). 4. 75-81 (1998)
• [文献書誌] G.Sasaki: "Interfaces in Al_<18>B_40_<33>/AL and Mg Alloy Composites" Electron Hicloscopy 1998. 2. 813-814 (1998)
• [文献書誌] G.Sasaki: "Relationship between inter-facial reaction and mechan'cal proporties of Al18B4033 Whisker rein-farced Mg,AL alloy composites" 第2回中因複合材料交流会論文集. 11-14 (1998)
• [文献書誌] M.Yoshida: "Preparation of aluminaborate whisker reimforced semi-solid Mg alloy composites by sgueeze casting" Proc.8th Japan-US Conf.on Composite Materials. 579-588 (1998)
• [文献書誌] Sang-Pill Lee: "Al_<18>B_40_<33>/AL複合材料とアルミニウムの積層材料の衝撃特性に及ぼす積層構造の影響" 軽金属. 48.5. 232-236 (1998)
• [文献書誌] 佐々木元: "Al_<18>B_40_<33>/AL,Mg合金複合材料の界面構造" 日本金属学会誌. 63.5(印刷中). (1999)