過飽和水素封入プロセスを利用した超軽量セルフォーム構造材料の創製とその機械的性質

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10148225
• 研究機関: 大阪府立大学
• 研究代表者: 東 健司 大阪府立大学, 工学部, 教授 (50173133)
• 研究分担者: 高津 正秀 大阪府立大学, 工学部, 助手 (80145812)
• キーワード: 衝突安全性 / 過飽和水素 / セル構造 / 低密度 / 吸収エネルギー

研究概要

超軽量セルフォーム構造材料を創製するためのセル構造制御と材料プロセスを行い、セル構造体を作製できるようになった。まず、溶湯最高温度と凝固(冷却)速度を一定にしたときの水素封入圧と水素気泡生成サイズの定量化を実施した。観察断面は、底面に垂直な側面にて実施した。2気圧および4気圧にて製造したセル構造体のユニットサイズは、圧力の大きいほうがより微細になる傾向が認められるが、両方とも数mmから25mm程度であり、大きさにかなりの幅が存在する。即ち、セルのユニットサイズは不均一であり、その平均値は十数mm程度である。この原因として、凝固冷却過程における水素ガズの特定方向への優先的な凝集が考えられる。従って、減少の条件では、等方的な気泡が形成され難いことが判明した。また、その構造体のセル密度は最大0.7程度までで、かつセルの形状は、非等方的であった。本研究において実施した過飽和原子状水素を溶湯中に強制封入し、急冷凝固過程でガス化させることで、セル構造体を創製する方法では、セル構造体を作製することは可能であるものの、現状の条件では均一なセルサイズを有するセル構造体の作製は困難であることが判った。
今後の研究の進め方として、凝固装置の大きさを変更することができないので、冷却速度をさらに増加させる方法を検討する予定である。その具体策として、(1)溶湯の増粘処理、(2)水素発生材の併用、などを実施する予定である。これらの項目を継続して調査することで、均一なセルサイズを有するセル体積率をさらに増加できる実用的な工業製造プロセスを構築する予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Mukai,H.Kanahashi,T.Miyoshi,M.Mabuchi,T.G.Nieh and K.Higashi: "Experimental Study of Energy Absorption in a Close-Celled Aluminum Foam under Dynamic Loading" Scripta Material. (受理).
• [文献書誌] M.Mabuchi,H.Iwasaki and K.Higashi: "Microstructure and Mechanical Properties of 5056 Al Alloy Processed by Equal Channel Angular Extru-s ion" Nano Structured Materials. 8. 1105-1111 (1998)
• [文献書誌] T.Mukai,H.Watanabe and K.Higashi: "Dynamic Mechanical Properties of a Near-Nano Aluminum Alloy Processed by Equal-Channel-Angular-Extrusion" Nano Structured Materials. 10. 755-765 (1998)
• [文献書誌] Y.Umakoshi,W.Fujitani,T.Nakano,A.Inoue,K.Ohtera,T.Mukai and K.Higashi: "The Role of Dislocations in High-Strain-Rate Superplasticity of an Al-Ni-Misch Metal Alloy" Acta Materialia. 46. 4469-4479 (1998)
• [文献書誌] M.Mabuchi,H.Iwasaki and K.Higashi: "An Investigation of Shear Deformation in a Semi-Solid State of a High Strain Superplastic Si3N4_P/Al-Mg-Si Composite" Acta Materialia. 46. 5335-5343 (1998)
• [文献書誌] H-G.Jeong,K.Hiraga,M.Mabuchi and K.Higashi: "Effects of Addition of Magnesium on Interface Structure and High-Stran-Rate Superplasticity in Si3N4 Reinforced Al-Alloy Compostes" Acta Materialia. 46. 6009-6020 (1998)