| 研究課題/領域番号 |
16H04534
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| 研究機関 | 群馬大学 |
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研究代表者 |
半谷 禎彦 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (80361385)
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| 研究分担者 |
宇都宮 登雄 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (60176708)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | ポーラスアルミニウム |
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| 研究実績の概要 |
ポーラスアルミニウム（Al）は多孔質構造を有する素材であり，軽量なだけでなく緻密材にない優れた衝撃吸収性，断熱性，吸音性などを有している．そのため，自動車用部材への利用が期待されている．自動車用部材への利用に際して，衝撃吸収性を向上させるためには，圧縮特性を向上させることが重要である．しかし，純Al単体のポーラスAlでは圧縮特性の向上に限界がある．近年，原材料にAl合金を用いてポーラスAlを作製することにより，ポーラスAlの高強度化が図られている．しかし，Al合金によって作製されたポーラスAlは脆性的な破壊挙動となりプラトー領域で応力値の乱れが懸念される．そこで，高強度部と高延性部からなるネットワーク組織を形成させることにより，高強度と高延性を実現したポーラスAlの作製が期待される．一方で，圧縮特性の向上には気孔形態の制御が挙げられる．摩擦粉末焼結法は，摩擦熱を部分的に数十秒間加えることによって混合粉末を焼結させることができるため，雰囲気全体を長時間加熱する必要がない作製方法である．また，スペーサー除去時に外部熱源が不要なので省エネルギー化が実現できる．
今年度，摩擦粉末焼結法を用いて気孔率70 %のCu添加ポーラスAlの作製を試みた．Al粒子の表面に高強度なAl-Cu金属間化合物を生成させ焼結させることにより，金属間化合物がネットワークのような組織となるため，高強度化と同時に延性的な破壊挙動を維持できることが示唆された．
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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
Al粉末，Cu粉末とNaCl粉末を原材料として用いた．Cu粉末はAl粉末に対して5 mass%，10 mass%あるいは15 mass%を添加した．また比較のため，Cu添加していないもの（0 mass%）も作製した．Φ15 mmの穴を空けた厚さ10 mmの無酸素銅の型にNaCl体積割合70%となるようにAl粉末とCu粉末，NaCl粉末を混ぜた混合粉末を入れた．その後，1000 rpmで回転させた超硬合金ツール（WC）を垂直方向に荷重3000 kgで押し込み，混合粉末を焼結させた．この時，押し込み時間は20 secとした．焼結後，機械加工によって焼結体を取り出し，水洗によってNaClを除去した．また，各Cu添加量に対して3試行を行った．また， SEMによって得られたポーラスAlの気孔壁観察を行った．その後，クロスヘッド速度1 mm/minの条件で静的圧縮試験を行った．静的圧縮試験の結果から得られたCu添加ポーラスAlの圧縮特性を比較した．SEM観察からCu粒子がAl粒子間に存在し焼結していることで，Al-Cu金属間化合物が生成され，ネットワーク組織となっていることが示唆された．また，Cuを添加したポーラスAlは水洗時に崩れが見られず，応力ひずみ線図も純AlのポーラスAlに比べ，高強度かつ延性的な曲線を示した．
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| 今後の研究の推進方策 |
他の焼結法（スパークプラズマシンタリング法：SPS）等と，比較を行うことを検討する．また，それぞれの合金粉末の粒径や，スペーサーとして，どの粒径のものが最適化についても検討する．気孔率は６０％～８０％となるようにNaClを混合して，それぞれについて比較を行う．X線CT撮像による非破壊観察などもおこなっていく．
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