金属基複合材料の微視的変形、破壊挙動の解析

1999 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 / マグネシウム合金 / 金属基複合材料 / 界面 / 機械的性質 / 透過電子顕微鏡 / コンポキャスト法

研究概要

本研究では、複合材料として特に、コンポキャスト法、完全溶融合金に粉末を混合させる手法およびスクイズキャスト法でAl_<18>B_4O_<33>ウイスカ、粒子およびSiC粒子強化Mg合金複合材料を作製し、その機械的性質を明らかにし、さらにその微細組織および微視的変形・破壊挙組織を、走査電子顕微鏡法および透過電子顕微鏡法を用いて原始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.コンポキャスト法で作製したSiC/AZ91D、Al_<18>B_4O_<33>/AZ91D、Al_<18>B_4O_<33>/ZK60複合材料では強化材は凝集せず、マトリックスのβ相中に均一に分散していた。但し、所々空隙が見られたため、半溶融プロセスによる大幅な強度の向上はなかった。SiC/AZ91D複合材料に熱間押出しを行ったところ、空隙の消滅、マトリックスの粒の微細化により強度が大幅に上昇した。また、破面観察より、強化材料とマトリックスの界面強度が機械的性質を決定する上で重要な因子となっており、わずかな反応層の生成やウイスカの溶解によってできる複雑な界面形状が機械的性質の向上に寄与していることが分かった。
2.スクイズキャスト法で作製したAl_<18>B_4O_<33>/AZ91D複合材料では複合材料製造時にAl_<18>B_4O_<33>とMgの界面に均一な厚さのMgAl_2O_4層が形成し、Al_<18>B_4O_<33>とMgの直接反応が阻止されるために600℃までの高温で界面は非常に安定であった。その結果、高温下での複合材料の強度の劣化は小さい。また、明確な時効効果を示す。合金のプリフォームへの圧入の際、液相の優先的浸透により複合材料マトリックス中のβ相の割合が高くなる。また、割れによるウイスカの短化が起こっていた。前者は強度上昇、後者は低下の要因であり、結果として半溶融プロセスの利用は若干の強度上昇を示すことが分かった。

研究成果

• [文献書誌] 佐々木元: "Al_<18>B_4O_<33>/Al,Mg合金複合材料の界面構造"日本金属学会誌. 63・5. 577-580 (1999)
• [文献書誌] G.Sasaki: "Interfacial microstructure and fracture characterization of Al_<18>B_4O_<33>/Al ally composites"Mat.Sci.Res.Int'l. 5・4. 276-279 (1999)
• [文献書誌] G.Sasaki: "Electron microscopy analysis of squeeze casting Al_<18>B_4O_<33>/AZ91D composites"Proc.of ICCM-12. 432 (1999)
• [文献書誌] J.Pan: "Compatibility of Si-C-O Fiber and Si-C Fiber with Aluminum"Pro. Of ICCM-12. 640 (1999)
• [文献書誌] M.Yoshida: "Preparation of SiC Reinforced Alumina-YAG Eutectic Composites"Proc.of ICCM-12. 466 (1999)
• [文献書誌] M.Yoshida: "Preparation and Characterization of Aluminum Borate Whsker Reinforced Magnesium Alloy Composites by Semi-solid Process"Adv.Composite Mater.. 8・3. 259-268 (1999)
• [文献書誌] G.Sasaki: "Microstructure and its effects on bending strength of Al_<18>B_4O_<33> reinforced Mg,Al matrix composites fabricated by squeeze casting process"Proc.of Int'l Symp.on Adv.Forming and Die Manufacturing Technology(AFDM'99). 131-136 (1999)
• [文献書誌] G.Sasaki: "Mechanical Properties and Microstructures of Magnesium Matrix Composites"第3回中日複合材料交流会論文集. 65-70 (1999)
• [文献書誌] J.Pan: "Preparation and Property Evaluation of SiC/Al Composites Wires"Proc.of 16^<th> Inter.Jpn-Korea Seminar on Ceramics. 252-256 (1999)
• [文献書誌] S.P.Lee: "Interfacial Control of Nb.MoSi_2 Laminate Composites and Its Effect on Impact ProPerties"Proc.of 16^<th> Inter.Jpn-Korea Seminar on Ceramics. 257-261 (1999)