半溶融成形加工による高性能マグネシウム合金の創製

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11225207
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 鎌土 重晴 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (30152846)
• 研究分担者: 上村 靖司 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70224673) ; 井原 郁夫 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (80203280) ; 小島 陽 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (60016368) ; 奥村 勇人 長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (60324018)
• キーワード: Mg-Zn-Al合金 / 半溶融成形加工 / 薄肉充填性 / 引張特性 / 収束超音波 / インラインモニタリング / ポーラス材 / パルス通電焼結

研究概要

本年度は半溶融成形加工のみにとどまらず、その高性能素材の製造プロセスに関する内容にまで研究範囲を拡大するため、これまで進めてきた(1)流動性に優れ、適度な引張特性を有するマグネシウム合金の探索、(2)切削チップを用いたパルス通電焼結によるポーラス材の作製(半溶融リサイクル)、(3)液相リサイクル時の不純物のその場検出を目指した超音波によるマグネシウム溶湯のインラインモニタリング技術の確立に加えて、(4)半凝固・半溶融成形加工用素材および展伸用マグネシウム合金素材の初晶球状化メカニズムについて検討した。(1)では流動性確保のために大量に晶出させる共晶化合物の微細化にCaおよびSrの微量添加が有効であること、その結果として適度な伸びと市販合金並みの強度特性も得られることを見出した。(2)では、アルミニウム含有量の異なる切削チップを用いてパルス通電焼結を行った結果、アルミニウム含有量が多いほど共晶部分の溶融が半溶融温度でも容易に生じるとともに滑らかな接合面が得られ、圧縮試験において大きな吸収エネルギーが得られることを見出した。なお、プラトー応力は空隙率に依存し、空隙率78%〜50%の範囲で1.3〜37.3MPaの範囲のプラトー応力が得られた。(3)では、バッファロッドセンサー側面に溶射によるクラッド被膜を付与し、5MHzの収束超音波を用いることにより、マグネシウム溶湯中でも鉄からの反射パルスエコーを明瞭に計測でき、かつマグネシウム溶湯との反応を抑制できることを明らかにした。(4)では凝固初期の核生成サイトと成り得る冷却媒体を溶湯中に浸漬し、かつ生成核を溶湯全体に分散させるため冷却媒体を回転させる新しい手法を試みた。その結果、初晶と残留融液の密度差および回転による溶湯流れを考慮したシミュレーション結果をもとに、冷却媒体のセット位置を最適化することにより、溶湯全体に生成核を分散でき、かつ初晶の球状化に成功した。

研究成果

• [文献書誌] N.Antara, K.Suzuki, T.Kayuta, S.Kamado, Y.Kojima: "Application of Semi-Solid Forming to Magnesium Alloys with High Al and Zn Contents"Materials Science Forum. 419-422. 629-634 (2003)
• [文献書誌] D.Burhan, I.Ihara, S.Kamado, H.Aso, Y.Kojima: "On-line Monitoring of Liquid Magnesium using a High Temperature Ultrasonic Probe"Materials Science Forum. 419-422. 665-670 (2003)
• [文献書誌] M.Inoue, M.Iwai, K.Matsuzawa, S.Kamado, Y.Kojima: "Vacuum Distillation Refining and Recycling of Magnesium Alloys"Materials Science Forum. 419-422. 691-695 (2003)
• [文献書誌] H.Okumura, K.Watanabe, S.Kamado, Y.Kojima: "Manufacturing of Porous Magnesium Alloys by Pulse Electric Current Sintering Process and their compressive properties"Materials Science Forum. 419-422. 1019-1024 (2003)
• [文献書誌] H.Okumura, K.Watanabe, S.Kamado, Y.Kojima: "Manufacturing of the Porous Magnesium Alloys by Pulse Electric Current Sintering Process Using Chips"Materials Transactions. 44-4. 595-600 (2003)
• [文献書誌] D.Burhan, I.Ihara, S.Kamado, H.Aso, Y.Kojima: "Development of an Ultrasonic On-line Sensor for Molten Metals Monitoring"Proceedings of the 4th International Symposium on Eco-Materials Processing and Design. 367-368 (2003)