巨大ひずみ加工で鉄を有効活用した高強度・高導電性アルミニウム合金の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15324
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 増田 高大 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 日本学術振興会特別研究員 (60838639)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 巨大ひずみ加工 / 固溶 / 時効析出 / 高強度 / 高導電性

研究実績の概要

本研究では、直径100mm・幅3mmの Al-2wt%Fe合金に3 GPaの高圧下で高圧ねじり（HPT）加工を施し、均一ひずみが導入されたリング状試料の作製を試みた。その結果、通常鉄はアルミニウム中に0.05wt%しか固溶しないものの、わずか１回転で1wt%を過飽和に固溶させることができた。その後、温度473 Kで時効することで時効硬化を生じ、引張強度は最大で730 MPaとなった。結晶粒はHPT加工の回転数の増加とともに微細化され、1回転後では170 nmへ超微細化できた。組織解析は高輝度X線を用いたその場観察法も取り入れて進めた。時効中の析出状態や転位密度変化をその場解析することで、作製した超微細粒組織は良好な熱安定性を有することが分かった。4探針法による電気抵抗測定の結果、0.25回転材は53 IACS%の高導電性を保持しつつ引張強度320 MPaとなった。時効後は360 MPaへ向上し導電性もさらに改善し、強度・導電性の同時向上が達成できた。わずか0.25回転でも特性改善が図れることから、本研究ではワイヤー状試料の連続加工法についても開発を行った。連続加工法は従来のContinuous HPT法をもとに、新たに金型に試料挿入口・取出口を設け、直径3 mmのワイヤー状試料を2本同時に加工できるよう改良を施した。その結果、0.25回転施すことで相当ひずみ25の巨大ひずみが導入でき、結晶粒の超微細化が可能となった。また線材の繰り返し曲げ試験による疲労特性評価の設備を整え、実用的観点からの評価も可能となった。

研究成果

• [雑誌論文] <i>In Situ</i> Synchrotron X-ray Analysis: Application of High-Pressure Sliding Process to Ti Allotropic Transformation (2021)
  • 著者名/発表者名: Horita Zenji、Maruno Daisuke、Ikeda Yukimasa、Masuda Takahiro、Tang Yongpeng、Arita Makoto、Higo Yuji、Tange Yoshinori、Ohishi Yasuo
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 62 ページ: 167～176
  • DOI: 10.2320/matertrans.MT-M2020314
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous high-pressure torsion of pure Al and Al-2?wt% Fe alloy using multi-wires (2021)
  • 著者名/発表者名: Masuda Takahiro、Hirosawa Shoichi、Horita Zenji
  • 雑誌名: Journal of Materials Science 巻: 56 ページ: 8679～8688
  • DOI: 10.1007/s10853-020-05484-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron X-ray diffraction observation of phase transformation during annealing of Si processed by high-pressure torsion (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikoma Yoshifumi、Yamasaki Terumasa、Masuda Takahiro、Tange Yoshinori、Higo Yuji、Ohishi Yasuo、McCartney Martha R.、Smith David J.、Horita Zenji
  • 雑誌名: Philosophical Magazine Letters 巻: - ページ: 1～9
  • DOI: 10.1080/09500839.2021.1905192
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Achieving highly strengthened Al?Cu?Mg alloy by grain refinement and grain boundary segregation (2020)
  • 著者名/発表者名: Masuda Takahiro、Sauvage Xavier、Hirosawa Shoichi、Horita Zenji
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering: A 巻: 793 ページ: 139668～139668
  • DOI: 10.1016/j.msea.2020.139668
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanical properties and electrical conductivity of ultrafine-grained aluminum consolidated by high-pressure sliding (2020)
  • 著者名/発表者名: Tang Yongpeng、Komatsu Takuya、Masuda Takahiro、Arita Makoto、Takizawa Yoichi、Yumoto Manabu、Otagiri Yoshiharu、Horita Zenji
  • 雑誌名: Materialia 巻: 14 ページ: 100916～100916
  • DOI: 10.1016/j.mtla.2020.100916
  • 査読あり
• [学会発表] 時効硬化型アルミニウム合金の固溶量と析出挙動に及ぼす高圧力の影響とその場解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 増田高大, 廣澤渉一, 美藤正樹, 堀田善治, 新名亨, 入舩徹男, 肥後祐司, 丹下慶範, 大石泰生
  • 学会等名: 第138回軽金属学会
• [学会発表] Impact of high-pressure thermal process on solid solubility and precipitation in age-hardenable aluminium alloys (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Masuda, S. Hirosawa, Z. Horita, T. Shinmei, T. Irifune, Y. Higo, Y. Tange, Y. Ohishi
  • 学会等名: The 17th International Conference on Aluminum Alloys (ICAA17)
  • 国際学会