複ノズル積層造形法による3次元サンドイッチ材の一体成形

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650803
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 香川 明男 長崎大学, 工学部, 教授 (00093401)
• 研究分担者: 水本 将之 長崎大学, 工学部, 助手 (90325671)
• キーワード: 積層造形 / アルミニウム合金 / 銅合金 / 凝固シミュレーション / 複合材料

研究概要

FSD法の特徴である凝固、再溶解の繰り返しによる積層と異種合金間の融点差を利用することで、接合処理を要しない異材接合材の一体成形が期待される。本研究ではFSD法の応用として、複ノズル方式を用いて異種合金の内外筒を同時に積層させることにより異材間の接合処理を要しない中空2重管の一体成形条件を検討した。外筒に低融点のAl-4wt%Cu合金を、内筒に高融点のCu-20wt%Sn合金を用いた。Al-4wt%Cu合金外筒の積層開始から種々の積層開始時間間隔でAl-4wt%Cu合金円筒内部にCu-20wt%Sn合金を積層させた。積層開始時間間隔Δt=0秒の同時積層条件ではCu-Sn合金内筒は良好な円筒形状で作製することができたが、A1-Cu合金外筒は積層の進行とともに円筒形状を維持することができず溶断した。Δt=362秒の試料においては、Al-Cu合金外筒とCu-Sn合金内筒は溶着していなかった。それらの中間の時間間隔Δt=196秒で作製した試料の内外筒界面は完全に溶着しており、外筒側(界面I)と内筒側(界面II)に2つの界面が観察された。SEM、EDX-SEMによる溶質分布の測定結果から、界面I近傍にはα相、βSn相、θ相の3つの相の存在が確認された。また、界面Iと界面Hの間の領域においてSn元素の存在が確認でき、θ相がAl-4wt%Cu合金の組織よりも多く確認されたことから、この領域は内筒からの入熱により再溶解された領域であることが知られた。界面II近傍にはε相、δ相、γ_1相、θ相、α相の5つの異なる相の存在が確認され、界面遷移層はAl-Cu-Sn3元系の傾斜組織となっていることが知られた。これより、Cu-Sn合金内筒が積層・凝固した後、Al-Cu合金外筒の再溶解が起こったものと考えられる。以上の結果より、複ノズル積層造形法において、適当な内、外層の積層開始時間間隔を設けることにより異材間の接合処理を要しない中空2重管の一体成形が可能であることが知られた。

研究成果

• [文献書誌] M.Mizumoto, T.Murano, A.Kagawa: "Microstructure Control of Particle-Reinforced Metal Matrix Composites Fabricated by Low-Pressure Infiltration Process"Proc. Asian Foundary Congress 7. 477-484 (2001)
• [文献書誌] 香川明男: "モールドレス連続鋳造法の開発"平成12年度池谷科学技術振興財団年報. 46-52 (2001)
• [文献書誌] 水本将之, 村野寿久, 香川明男: "低圧加圧溶浸法による金属粒子分散複合材料の組織制御"日本金属学会誌. 66巻4号. 371-376 (2002)
• [文献書誌] M.Mizumoto, Y.Tazima, Y.Kaneko, A.Kagawa: "A Novel Solidification Processing for MMC Fabrication"Proc. 7^<th> Joint Symposium of Nagasaki University and Cheju National University on Science and Technology. 293-296 (2002)
• [文献書誌] M.Mizumoto, T.Murano, A.Kagawa: "Microstructure Control of Particle-Reinforced Metal Matrix Composites Fabricated by Low-Pressure Infiltration Process"Mater. Trans. Japan Institute of Metals. Vol.43No.10. 2629-2634 (2002)
• [文献書誌] M.Mizumoto, A.Kagawa, H.Matsumoto: "Application of Low-Pressure Infiltration Process To production of Particle Reinforced Metal Matrix Composite"Proc. 7^<th> International Symposium on the Science and Processing of Cast Iron. (in print). (2003)