| 研究課題/領域番号 |
16H04504
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
三木 寛之 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (80325943)
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| 研究分担者 |
武田 翔 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (10826225)
宮崎 孝道 東北大学, 工学研究科, 技術専門職員 (20422090)
小助川 博之 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (00709157)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 構造・機能材料 / 複合材料・物性 / 機械材料・材料力学 / 表面・界面物性 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では平成28年度に金属粉の粒動接合プロセスによる固化過程を定量化し、成形材の機械的特性ならびに材料特性を評価、続く平成29年度は金属種の異なる粉末の接合プロセスに対象を展開し、結晶粒微細化条件などの特性や機能性との関係性を定量的に評価した。
平成30年度は28～29年度に抽出された金属粉の固化条件を制御パラメータとして粒動接合プロセスによる固化および粒子間の接合過程ならびに摺動プロセスによる粉体固化過程の検証、常温ならびに温間プロセスにより金属粉末と異種金属混合粉との混合粉を固化することによってプロセス温度の違いによる結晶組織や機械的特性、接合状態への影響を評価し、その結果にもとづく粒動接合プロセスによる複合材料設計技術について検討を行った。
具体的な実施内容は以下のとおりである。
①摺動プロセスに基づく成形体設計及び微細構造分析：摺動プロセスによって形成される微結晶粒組織の詳細分析を行い、摩擦挙動と結晶粒微細化の関係性を評価した。ここでは、材料の初期状態や試験条件によるの結晶粒変化の違いや、金属種や混合比による成型性の違いなどを考慮したミクロスケール評価を実施し、摺動プロセスを粒動接合の観点で定量的に示すことが出来た。②粒動接合プロセスを利用した合金化および複合材料粉おける固化プロセスの解明：従来は原料粉末の固化成形を常温大気中で行ってきたが、新たにプロセス中に金型を加熱し、粒子間の原子拡散を促す温度範囲での粒動接合プロセスを明らかにした。ここでは、単相あるいは混合金属粉体を用いて固化成形体を作製することによって、成形材の合金化あるいは複合化の可能性を検討し、①と同様に成形固化材の微細構造分析を行うことによって、金属種およびその組み合わせ、固化条件が合金化・複合化に及ぼす影響を総合的に考慮し、固化パラメータと結晶粒微細化条件との相関を示すことが出来た。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究は純金属、異種金属あるいは金属と異種材料の混合粉を動的な粒動接合プロセスを用いることによって、常温大気中で固化成形する材料プロセスに関するものである。この粒動接合プロセスは金型に充填した粉末原料に一軸圧縮を与えて保持し、その垂直方向にせん断力を同時に与える”圧縮力とせん断力の同時作用”によって、加熱あるいは通電を必要とせずに粒子が固化し成形される点が特徴である。この手法によって成形された材料は機械的強度や摺動安定性が向上し、結晶配向性等の材料特性や新規機能性の付与が期待されることから、本研究においては粒動接合プロセスを用いた新たな巨大ひずみ加工による粉末成型技術を確立し、せん断力に基づく粉末の固化メカニズムを明らかにするために①粉体接合ならびに結晶粒微細化機構、②合金あるいは複合材料の微細結晶粒形成プロセスを系統的に分析し、粒動接合に基づく新規な材料の創製を目指している。
具体的には、平成28～29年度に金属粉の粒動接合プロセスによる固化過程を成形材の機械的特性ならびに材料特性評価により定量化し、同プロセスを用いた圧縮せん断法による粉末の固化ならびに粒子間接合過程を明らかにした。これらの結果を材質の異なる金属粉末にも適用し、粒動接合プロセスによる成形材に特有の結晶粒微細化条件などの材料特性と機械的特性や機能性との関係性を定量的に評価することが出来た。さらに、摺動プロセスによる粉体固化過程の可視化や金属粉末と異種金属混合粉の常温あるいは温間プロセスによる固化によって、プロセス温度の違いがもたらす結晶組織、機械的特性や粒子間接合への影響評価に着手した。平成30年度には摩擦挙動と結晶粒微細化を粒動接合の観点でモデル化し、さらに数百度の加熱が可能な金型の導入による粒子間の原子拡散を促す温度範囲での粒動接合プロセスの実現と粒動接合プロセスによる複合材料設計に着手することが出来た。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成31年度は材料の粒動接合プロセスを利用した合金化および複合材料粉おける固化プロセスに関する課題に継続して取り組み、金属種およびその組み合わせ、成型条件が合金化・複合化に及ぼす影響を総合的に考察し、固化パラメータと結晶粒微細化条件との相関について検討する。具体的には、平成30年度に試作した加熱装置を用いて、粉体の酸化を抑制するあるいは結晶粒の成長を促す温度範囲での粉末固化プロセスを評価する。ここでは、純粉体あるいは混合粉体を用いた固化成形体を作製し、結晶化あるいは合金化・複合化の程度を評価することによって、適切な固化成形パラメータとプロセス温度の関係を明らかにする。さらに、粒動接合プロセスのモデル化と組織制御された複合材料の創成を目的として、平成28年度から平成30年度の研究によって得られた現象論パラメータをもとに粉末の動的固化現象をモデル化する。また、動的プロセスによる複合化あるいは多層化についての技術課題について着手する。
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