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2015 年度 実施状況報告書

形状自由度を考えたハイブリッド含浸反応法による粒子分散金属基材料の設計指針の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K05678
研究機関広島大学

研究代表者

崔 龍範  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00457269)

研究分担者 佐々木 元  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30192595)
松木 一弘  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30253115)
研究期間 (年度) 2015-10-21 – 2018-03-31
キーワード金属間化合物 / 低圧含浸 / 多孔体
研究実績の概要

金属間化合物粒子分散複合材料を製造するには申請者の特許(特開 2013-221181)を用い、金属を含浸及び反応させることで金属間化合物のサイズ制御、材料内部の欠陥制御を目指すための製造プロセスを構築した。その製造工程を簡単に述べる。[ステップⅠ]、アルミニウム合金基複合材料の製造に先立ち、先ず、ニッケル多孔体からなる、比表面積が2800(m2/m3)以上の金属多孔体を用意する。金属多孔体を金型内部にセットする。 [ステップⅡ]、約680~800℃に加熱したアルミニウム金属溶湯を多孔体に低圧含浸させる。その際、溶湯金属には0.1~0.4MPa圧力を加えて含浸させる。アルミニウム合金溶湯を金属多孔体に含浸させる際に、加圧力が低いと(0.1MPa以下)、アルミニウム合金溶湯を金属多孔体の孔内に押し込む力が不足し、アルミニウム合金溶湯が孔に充填されず、空孔が多くなる一方、加圧力が高いと(0.1MPa~0.4MPa)、アルミニウム合金溶湯中で金属多孔体が変形して、粒子分散が区々になるおそれがある。これは金属多孔体の気孔率は95%以上であり、圧縮応力に弱いため、圧力を制御することが重要になる。ニッケル多孔体とアルミニウム合金溶湯が反応して粒子状の金属間化合物を生成するように、所定時間(1min~10min)まで保持する。[ステップⅢ]、反応性を利用することで材料内部では微細な金属間化合物が分散される。更に、凝固欠陥を防ぐためには冷却速度を炉冷、空冷、強制空冷などにより制御する。上の方法を用いて圧力、保持時間、冷却方法を制御することで、生成する金属間化合物の生成量、サイズ、分散率等を調べる。その結果に基づき金属間化合物の微細化に与える影響等を調べた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

金属間化合物粒子分散複合材料を製造する際、溶湯アルミをニッケル多孔体に含浸及び反応させることで生成する金属間化合物のサイズ制御、材料内部の欠陥制御をするための製造プロセスを構築した。反応性を活性化させるには溶湯の温度は700℃、保持時間を10min、炉令であり、加圧力は多段階0.1MPa+0.2MPaを行うことで、金属間化合物の微細化、内部欠陥を抑えることが分かった。

今後の研究の推進方策

超微細なナノサイズの金属間化合物を生成させるため、金属多孔体のセル内部の比表面積の制御を行う。即ち、ナノサイズの金属粒子を利用し、新たな金属多孔体の開発を行う。製造プロセスは以下のように示す。[ステップⅠ]、ポリウレタンフォームとナノサイズ粒子、凝集材を混合し、ポリウレタンフォーム骨格に粒子を付着させる。[ステップⅡ]、ステップⅠのプリフォームを非酸化雰囲気下で炭化処理する。[ステップⅢ]、熱処理、金属粉末同士の固着及び脱炭処理を行い、セル内にナノサイズ粉末が付着した新たな多孔体を作製する。多孔体の比表面積を制御し作製された多孔体を用い、ハイブリッド含浸反応法の製造プロセスを行うことで、ナノサイズ粒子分散複合材料の製造を行う。作製された複合材料は光学顕微鏡及び電子顕微鏡等を用い、組織観察を行うことで材料内部に生成された金属間化合物のサイズ、形状、分散率、欠陥等を調べる。

次年度使用額が生じた理由

科研費の追加決定の対象になり、その結果を10月に受け取り、H27年度の計画通り、使用できなかったため。

次年度使用額の使用計画

H27年度の消耗品を含め、H28年度は計画通り、使用する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2015

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 6件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Influence of Si addition on thermal conductivity of unidirectional CF/Al-Si composites fabricated by low pressure infiltration process2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Choi, S. Gen, M. Kasuhiro, S. Kenjiro, M. Lee
    • 雑誌名

      Materials Research Innovations

      巻: 19 ページ: 162-166

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nickel Formation on Graphite Sheet Surface for Improving Wettability with Magnesium Alloy2015

    • 著者名/発表者名
      Youqiang Yao, ZheFeng Xu, Kenjiro Sugio, Yongbum Choi, Shaoming Kang, Ruidong Fu, Gen Sasaki
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 56 ページ: 1693-1697

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Compositional Optimization of Al-Mn-X Alloys and Their Tensile and Corrosion Properties2015

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Matsugi, Shinji Yamamura, Zhe-Feng Xu, Yong-Bum Choi, Kenjiro Sugio, Gen Sasaki, Nobuyuki Oda
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 56 ページ: 1675-1682

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Compositional Optimization of β type Titanium alloys with shape memory ability and their characteristics2015

    • 著者名/発表者名
      K.Matsugi, H. Kishimoto, D. Yamakawa, Z.F. Xu, Y.B. Choi
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 56 ページ: 1747-1755

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fabrication and Electrical Conductivity of VGCNF+Alp/Al1070 Composites by Low-Pressure Infiltration Process2015

    • 著者名/発表者名
      Z.F. Xu, Y.B. Choi, K. Matsugi, M.H. Lee, Y.C. Zhao, K. Sugio, G. Sasaki
    • 雑誌名

      Materials Research Innovations

      巻: 19 ページ: 167-170

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Development of new manufacturing process of carbon nano fiber reinforced metal matrix composite2015

    • 著者名/発表者名
      Yongbum Choi, Kazuhiro Matsugi, Zhefeng Xu, Gen Sasak, Kenjiro Sugio
    • 学会等名
      10th Korea-Japan Joint Symposium on Composite Materials
    • 発表場所
      Jeonju, Korea
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] "Development of fabrication process and characterization of intermetallic compoudns dispersed Al matrix composite by using reaction between metal porous and Al2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Hotta, Yongbum Choi, Kazuhiro Matsugi, Zhefeng Xu, Gen Sasaki, Kenjiro Sugio
    • 学会等名
      10th Korea-Japan Joint Symposium on Composite Materials
    • 発表場所
      Jeonju, Korea
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Microstructure and mechanical properties of TiB2/Al composites fabricated by spark plasma sintering2015

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Hirose, Sugio Kenjiro, Yongbum Choi, Kazuhiro Matsugi, Zhefeng Xu, Gen Sasaki, MoonHee Lee,Tatsuya Hinoki
    • 学会等名
      10th Korea-Japan Joint Symposium on Composite Materials
    • 発表場所
      Jeonju, Korea
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Effective thermal conductivity measurement of metal matrix composite and thermal conduction simulation with steady method2015

    • 著者名/発表者名
      Rio Yamada, Takaaki Hirose, Sugio Kenjiro, Yongbum Choi, Gen Sasaki
    • 学会等名
      10th Korea-Japan Joint Symposium on Composite Materials
    • 発表場所
      Jeonju, Korea
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of nickel coating on graphite for preparation of graphite/magnesium composite2015

    • 著者名/発表者名
      Youqiang Yao, Zhefeng Xu, Sugio Kenjiro, Yongbum Choi, Shaoming Kang, Rudong Fu, Gen Sasaki
    • 学会等名
      10th Korea-Japan Joint Symposium on Composite Materials
    • 発表場所
      Jeonju, Korea
    • 年月日
      2015-10-29 – 2015-10-29
    • 国際学会
  • [学会発表] Manufacturing process development for refining intermetallic compound by infiltration and reaction method2015

    • 著者名/発表者名
      Yongbum Choi, Moonhee Lee, Zhefeng Xu, Kenjiro Sugio, Kazuhiro Matsugi,, Gen Sasaki
    • 学会等名
      Advances in mechanics of composite materials and structures (Composites Seoul 2015)
    • 発表場所
      Seoul, KOREA
    • 年月日
      2015-10-21 – 2015-10-23
    • 国際学会
  • [産業財産権] 予備成形体およびそれを用いた金属基複合材料ならびにその製造方法2015

    • 発明者名
      崔龍範
    • 権利者名
      崔龍範
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2015-202940
    • 出願年月日
      2015-10-29

URL: 

公開日: 2017-01-06  

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