| 研究課題/領域番号 |
16K14398
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
藤井 啓道 東北大学, 工学研究科, 助教 (70560225)
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| 研究分担者 |
田中 孝治 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40357439)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 超音波接合 / 積層造形 / マグネシウム / 銅 / 金属間化合物 / ナノ結晶 / 水素吸蔵合金 |
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| 研究実績の概要 |
水素社会を実現するための水素貯蔵や輸送の技術開発の加速が強く求められている．Mgは水素吸蔵性に優れた材料として知られているが，反応速度が遅く，高い温度が必要なことが課題となっている．反応促進の方法として，合金化やナノ構造化が知られているが，既存の技術ではコストや作製時間に問題が生じている．本研究では，異種金属界面にナノサイズの金属間化合物相が形成することが知られている超音波接合を利用して，MgとCuの薄膜積層体を作製し，従来の常識を超えた特性を持つ水素吸蔵合金を開発するための基礎学理を究明することを目的とした．
純Mgおよび純Cuの板材を用いて，垂直荷重，接合時間を変化させて超音波接合を実施した．走査型電子顕微鏡およびX線回折法により接合界面近傍における組織解析を行った結果，接合初期段階においてはナノ結晶Mg2Cu，接合時間が長くなるとMg2CuおよびMgCu2の金属間化合物相が形成されることが明らかになった．熱電対およびサーモグラフィにより温度測定を行い，超音波接合中のMg2Cu金属間化合物相の成長速度を調べると，従来の放物線則から予想される値よりも4-5桁程度大きくなることが明らかになった．また，接合中の発熱量は，垂直荷重の増加と共に大きくなることが明らかになった．しかしながら，異なる垂直荷重の条件における金属間化合物相の成長速度の差は，発熱量から推測される値より著しく小さかった．そのため，超音波接合において金属間化合物相の成長速度を著しく上昇させる原因は，界面近傍における高いひずみ速度のせん断変形が主因であることが推察された．
続いて，上述の知見に基づき，純Mgと純Cuの薄板を7枚交互に重ねて，超音波接合により積層体を作製した．得られた試料の接合界面の観察を行った結果，積層体端部と内部において金属間化合物相の形成速度に著しい差があることが明らかになった．
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