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2016 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, 工学研究院, 助教 (00457269)

研究分担者 佐々木 元  広島大学, 工学研究院, 教授 (30192595)
松木 一弘  広島大学, 工学研究院, 教授 (30253115)
研究期間 (年度) 2015-10-21 – 2018-03-31
キーワード金属多孔体 / 金属間化合物 / 分散率 / 複合材料 / 高強度 / 耐摩耗性
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。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った。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した。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った。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、欠陥等を調べた。100%に近い密度と微細な金属間化合物強化複合材料を得ることを目指すためには溶湯温度、保持時間、冷却速度等を制御し、最適な製造プロセスを設計した。その材料作製条件は溶湯温度:973KK、溶湯多段階加圧力: 0.1+0.2MPa、保持時間5minの条件が微細な金属間化合物を析出されるには最適な条件であった。

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

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った。
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、欠陥等を調べた。

今後の研究の推進方策

材料内部に存在する欠陥(未含浸部による欠陥、凝固欠陥等)は強度の低下、摩耗量の増加などに悪影響を与える。未含浸部による欠陥は0.1MPa~0.4MPaまで加圧力を変化させることで未含浸部による生成する欠陥を制御する実験を行う。なお、凝固欠陥を防ぐためには冷却速度を炉冷空冷、強制空冷など制御し、凝固欠陥による内部欠陥を抑える作製条件を構築する。
また、セラミックス粒子強化Al基複合材料は、軽量かつ高比強度、耐摩耗性を有し、輸送機器の構造用部材(ディスクブレーキロータ、ディーゼルエンジンのピストンヘッドなど)として極めて有用な材料であるため、機械的及び熱評価を行う。機械的特性評価としては引張試験及び摩耗試験、Pin-on Disk試験を行う。

次年度使用額が生じた理由

作製された複合材料に問題があり、機械的及び熱特性評価ができなかった。
その理由で分担金として予定としている国内学会の発表には参加できなかったため、予算を使えなかった。

次年度使用額の使用計画

複合材料の組織の問題が改善され、機械的及び熱特性のデータを得られたため、
次年度には学会に参加することで、予算を使用する予定である。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2016

すべて 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 10件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 10件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 13件)

  • [雑誌論文] Manufacturing process of particle intermetallic compound reinforced composites by infiltration-reaction method2016

    • 著者名/発表者名
      Yongbum Choi,Zhefeng Xu, Kenjiro Sugio, Kazuhiro Matsugi, Gen Sasaki
    • 雑誌名

      Mechanical Engineers Journal

      巻: 3 ページ: 15-00492

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Estimation of the electrical conductivity of TiB2/Al composites by using image analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Sugio, Nariaki Kawano, Takaaki Hirose, Yongbum Choi, Gen Sasaki
    • 雑誌名

      Mechanical Engineers Journal

      巻: 3 ページ: 15-00577

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Spark Sintering Behavior of Ubiquitously Fe-B and Fe Powders and Characterization of Their Hard Composites2016

    • 著者名/発表者名
      Shaoming Kang, Zhefeng Xu, Yongbum Choi, Kenji Fujita, Kazuhiro Matsugi and Jinku Yu
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 57 ページ: 600-607

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Preparation of FeB-Ni Hard Materials by both Electroless Plating and Spark Sintering, and their Mechanical Properties2016

    • 著者名/発表者名
      Shaoming Kang, Zhefeng Xu, Kenji Fujita, Yongbum Choi, Kazuhiro Matsugi and Jinku Yu
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 63 ページ: 484-490

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Consolidation Behaviors of FeB25Ni Powders in Spark Sintering and Mechanical Properties of Their Compacts2016

    • 著者名/発表者名
      Shaoming Kang, Zhefeng Xu, Yongbum Choi, Kazuhiro Matsugi and Jinku Yu
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 57 ページ: 2139-2145

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Application and Compositional Optimization of Zn Alloys for High Temperature Solders2016

    • 著者名/発表者名
      Zhefeng Xu, Yong Bum Choi, Takuya Niimi, Meiqi Yu, Satoshi Motozuka, Kazuhiro Matsugi and Ken-ichiro Suetsugu
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 57 ページ: 553-557

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Application of spark sintering to preparation of Zn-50Sn-Al2O3/Cu joints for AC-Low voltage fuse elements without lead2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Matsugi, Hiromu Matsumoto, Zhe-Feng Xu, Yong-Bum Choi, Ken-ichiro Suetsugu, Kohi Fujii
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 57 ページ: 824-832

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of the interfacial thermal resistance on the effective thermal conductivity of aluminum matrix composites2016

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Sugio, Yong-Bum Choi, Gen Sasaki
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 57 ページ: 582-589

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] “Effect of the Interfacial Thermal Resistance on Effective Thermal Conductivity of Al/SiC Particle-Dispersed Composites2016

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Sugio, Rio Yamada, Yong Bum Choi, Gen Sasaki
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 879 ページ: 1889-1894

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of TiB2 Dispersed Aluminum Composites by Spark Plasma Sintering2016

    • 著者名/発表者名
      Gen Sasaki, Takaaki Hirose, Yong Bum Choi, Kenjiro Sugio, Kazuhiro Matsugi
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 877 ページ: 601-605

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Fabrication of lotus type SiO2+VGCF reinforced Al composites and their thermal property2016

    • 著者名/発表者名
      Y.B. Choi, M. H. Lee, Z.F. Xu, K. Matsugi, K. Sugio and G. Sasaki
    • 学会等名
      The 10th Asian-Australasian Composite Materials
    • 発表場所
      Busan,、Korea
    • 年月日
      2016-10-16 – 2016-10-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of manufacturing process of porous VGCF and their mechanical property2016

    • 著者名/発表者名
      Fei Gao, Youqiang Yao, Yongbum Choi, Zhefeng Xu, Kazuhiro Matsugi, Kenjiro Sugio and Gen Sasaki
    • 学会等名
      The 10th Asian-Australasian Composite Materials
    • 発表場所
      Busan,、Korea
    • 年月日
      2016-10-16 – 2016-10-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Dispensability of TiB2 paricles in pure aluminum matrix prepared by spark plasma sintering2016

    • 著者名/発表者名
      Gen Sasaki, Takaaki Hirose, Kenjiro Sugio, Yong-Bum Choi, and Kazuhiro Matsugi
    • 学会等名
      The 10th Asian-Australasian Composite Materials
    • 発表場所
      Busan,、Korea
    • 年月日
      2016-10-16 – 2016-10-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of effective thermal conductivity of SiC/Al composites by using image analysis2016

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Sugio, Yongbum Choi and Gen Sasaki
    • 学会等名
      The 10th Asian-Australasian Composite Materials
    • 発表場所
      Busan,、Korea
    • 年月日
      2016-10-16 – 2016-10-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Multi-functional properties of TiB2 particles dispersed pure aluminum composites2016

    • 著者名/発表者名
      G. Sasaki, T. Hirose, K. Sugio, Y.B. Choi, K. Matsugi
    • 学会等名
      The 12th China-Japan Joint Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      高知工科大学
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Influences of Cfs on thermal properties of spark plasma sintered Cf-Cu composites2016

    • 著者名/発表者名
      Lu Yang, Kenjiro Sugio, Yongbum. Choi, Kazuhiro Matsugi, Gen Sasaki
    • 学会等名
      The 12th China-Japan Joint Conference on Composite Materials
    • 発表場所
      高知工科大学
    • 年月日
      2016-09-14 – 2016-09-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Some properties of the compositional optimized Bi-2Ag-0.5Cu alloy for high temperature solders2016

    • 著者名/発表者名
      Meiqi Yu, Zhefeng Xu, Yongbum Choi, Kazuhiro Matsugi, Satoshi Motozuka, Ken-ichiro Suetsugu
    • 学会等名
      The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of high temperature lead-free solder composites2016

    • 著者名/発表者名
      Gen Sasaki, Koichi Takeuchi, Kenjiro Sugio, Yongbum Choi and Kazuhiro Matsugi
    • 学会等名
      The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Preparation of VGCF reinforced magnesium matrix composites by low pressure infiltration2016

    • 著者名/発表者名
      Youqiang Yao, Yongbum Choi, Zhefeng Xu, Fei Gao, Shaoming Kang, Ruidong Fu, Kenjiro Sugio and Gen Sasaki
    • 学会等名
      The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Fabrication and thermal of lotus structured SiO2/Al andd SiO2+VGCF/Al composites by low pressure infiltration method2016

    • 著者名/発表者名
      Yongbum Choi, Moonhee Lee, Zhefeng Xu, Kazuhiro Matsugi, Kenjiro Sugio and Gen Sasaki
    • 学会等名
      The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Evaluation of spatial distribution of second phase in composites with machine learning technique2016

    • 著者名/発表者名
      Kenjiro Sugio, Yosuke Ohtani, Yongbum Choi and Gen Sasaki
    • 学会等名
      The 9th Pacific Rim International Conference on Advanced Materials and Processing
    • 発表場所
      Kyoto International Conference Center
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-05
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Microstructure on Mechanical and Thermal Properties of Titanium Boride Dispersed Aluminum Composites by Spark Plasma Sintering2016

    • 著者名/発表者名
      G. Sasaki, T. Hirose, K. Sugio, Y.B. Choi, K. Matsugi
    • 学会等名
      17 th US-Japan Conf. on Composite Materials
    • 発表場所
      Hokkaido university
    • 年月日
      2016-08-01 – 2016-08-02
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Carbon nanotube reinforced composite by low pressure casting2016

    • 著者名/発表者名
      Yongbum Choi, Zhefeng Xu, Kazuhiro Matsugi, Kenjiro Sugio, Sangpill Lee, Gen Sasaki
    • 学会等名
      ISGMA2016
    • 発表場所
      Bali, Indonesia
    • 年月日
      2016-06-21 – 2016-06-25
    • 国際学会

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公開日: 2018-01-16  

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