| 研究課題/領域番号 |
15K05688
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| 研究機関 | 玉川大学 |
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研究代表者 |
川森 重弘 玉川大学, 工学部, 教授 (80307165)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | メカニカルミリング / アルミナ分散マグネシウム粉末 / 放電プラズマ焼結 / 積層成形 |
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| 研究実績の概要 |
【目的】Al合金を凌ぐ軽量かつ強度を有するMg複合材料を開発するため、Al2O3含有率の異なるAl2O3/Mg粉末を積層成形することを提案した。手始めとして、当該年度では、高い硬さを有する20vol%Al2O3/Mg粉末と最も軽量な0vol%Al2O3/Mg粉末との積層成形体を試作し、その特性について調査した。
【実験方法】Mg粉末にAl2O3粒子を含有率0および20vol%で混合し、アトライタ型ボールミルにてAr雰囲気中、アーム回転数300rpm×50hでミリング処理して得られたAl2O3/Mg粉末を所定の重量秤量後、油圧プレス機にて、同じカーボンダイス中で各々圧粉処理し、放電プラズマ焼結（SPS）装置を用い、Ar雰囲気中、昇温速度100℃/min、焼結温度575℃、加圧力40MPa、保持時間10minにて焼結した。焼結体をエメリー・バフ研磨で一定厚さに整えることで、20および0vol%Al2O3/Mgの体積比が1:1、1:2および1:4になるように調整し、Al2O3/Mg積層成形体を試作した。
【成果】積層成形体の特性として、密度、ビッカース硬さおよび曲げ強さを調査した。密度は、20vol%Al2O3/Mg（20vol%）の体積割合の減少とともに低下し、体積比1:4で最小値1.88g/cm3を示した。積層成形体の表面硬さは、20vol%SPS体と同様の値であったが、比硬度（硬さ／比重）は、それ以上の値を示し、実用Mg合金AZ91を凌ぐ値が得られた。曲げ強さは、体積比1:1、比強度（曲げ強さ／比重）は、体積比1:1および1:4で20vol%SPS体より高い値を示した。
以上の結果から、Al2O3含有率の異なるAl2O3/Mg粉末を組み合わせて積層成形体を作製することで、機械的性質の高い20vol%Al2O3/Mg粉末のみの成形体以上の比硬度・比強度を有する成形体を試作できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当該年度の研究計画では、Al2O3含有率50，40，30，20，10，20，30，40，50 vol%の順にカーボンダイスに各予成形体を入れるため，焼結後の各厚さを20～50vol%は上下各0.1mm，中央の10vol%は1.2mmとし，全体厚さが2.0mmとなるように予成形体作製時の粉末量を調整する予定であったが，問題が生じた．
手始めに，20vol%と0vol%の体積比が1:4になるように，20,0,20vol%の順に積層した成形体を作製するため，厚さ0.14mmの予成形体を作ろうとしたが，粉末量が少ないため，厚さが均一な良好な予成形体の作製が困難であった．また，予成形体を作製できても，非常に薄く，脆いため取り扱いが難しかった．
そこで，予成形体は作らず，同じカーボンダイス中に，順次粉末を入れ，その都度圧粉した．また，20vol%の層は，粉末が少ないため，均一な厚さにすることが難しいため，粉末量を多めにし，積層成形SPS体を作製後に，研磨紙で表面を削ることで，厚さを整える方法に変更した．そのため，当該年度行う予定の，多層成形体を作製することはまだできていない．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策を以下に示す．
１．当該年度に作製予定であったアルミナ分散マグネシウム（Al2O3/Mg）多層成形体を作製する．各層の厚さを0.1mmかつ均一な厚さにするために，焼結時に揮発する脂肪酸の粉末を各粉末に添加・混合する方法を行う．
２．得られたAl2O3/Mg多層成形体は用途として，自動車エンジン部品を想定していることから，耐摩耗性，耐熱性（高温力学特性や高温酸化性）の評価は必須であり，積層成形体の摩耗試験，高温硬さおよび高温引張試験，高温酸化試験を行う．特に，表面の高Al2O3含有率部分の特性を評価する．試験温度は，最高で500℃までとする．具体的には次のとおりである．
エンジン内環境雰囲気や温度，そのときの摩耗状況を詳細に調査し，摩耗試験条件を検討後，摩耗試験を行い，試験時間と摩耗量の関係などを計測する．その結果を実用Mg合金やAl合金と比較考察する．摩耗試験同様に実際の雰囲気および温度にて，高温硬さおよび高温引張試験を行う．試験雰囲気や試験温度と硬さおよび引張強さ・破断伸びを調査し，実用Mg合金やAl合金と比較考察する．さらに，実際の雰囲気および温度にて，高温酸化試験を行い，試験温度・酸化時間と酸化量の関係を計測する．その結果を実用Mg合金やAl合金と比較考察する．
３．Al2O3/Mg多層成形体の高温での機械的性質や酸化挙動と組織の関係について，走査型電子顕微鏡(SEM)，X線回折装置(XRD)，透過型電子顕微鏡(TEM)およびエネルギー分散X線分光装置(EDS)を用いて調査後，その考察から積層成形条件を検討し，高温での機械的性質や耐食性の向上を図る．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度は，学会発表をまだ行っていない状況（2016年5月25日発表）であったため，その出張費として，一部残額が発生した．
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| 次年度使用額の使用計画 |
使用計画として，学会発表のための出張費の一部として活用したい．
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