| 研究課題/領域番号 |
20K04211
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| 研究機関 | 兵庫県立大学 |
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研究代表者 |
原田 泰典 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (30218656)
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| 研究分担者 |
田中 一平 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (40781034)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ショットピーニング / 表面改質 / 接合性 / 耐食性 / 耐摩耗性 / 樹脂 / セラミック / マグネシウム合金 |
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| 研究実績の概要 |
研究の目的であるマグネシウム合金への表面改質を行うため、試作した圧縮治具による異種材の作製を行った。硬質微粒子や樹脂を含んだ所定の積層板が得られた。合金基材への接合性に及ぼす積層板の厚さの影響について調べた。厚さ10ミクロンから60ミクロンの純アルミニウムを用いて、厚さ25ミクロンから50ミクロンの熱可塑性樹脂シートをサンドイッチ構造となるように数種類の異種積層板の作製を行った。積層板の合計厚さを120ミクロンまでとして、接合界面における空隙やはく離を生じない加工温度や加工荷重などの加工条件を求めた後、マグネシウム合金の基材に対する接合性について調べた。投射速度や投射時間を変化させて接合した結果、異種積層体の厚さは100ミクロン程度まで基材に接合が可能であることがわかった。次に、積層板の合計厚さが100ミクロンまでとなるようにして、直径30ミクロンの硬質微粒子を含んだ異種積層体の作製を行った。具体的には、セラミックス粒子を樹脂シートで挟み、さらに純アルミニウムで挟んだ五層構造の異種積層板を作製した。合金基材へ積層板の接合を行い、断面組織観察と曲げ試験によって接合性の評価を行った。表面近傍断面の組織観察では、接合界面でのボイドやき裂は見られなかった。より詳細な接合界面の状態を調べるため、エネルギー分散型X線分析（EDS）を用いた元素マッピングによる評価を行った。接合界面では破壊は生じていないことが観察された。また、三点曲げ試験による接合面での破壊を行った。具体的には、接合界面が外側に曲がるように曲げ変形を行い、合金基材が破壊するまで変形させた。その結果、セラミックス粒子や樹脂シートの合金基材からのはく離は見られなかった。以上より、積層板の基材への接合性は高いことがわかった。現在、表面特性の評価として、摩耗試験機による摩耗量の測定を行っており、次年度も続ける計画である。
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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
試験材料であるマグネシウム合金丸棒を用いて円板状試験片の作製を行い、また異種材料の純アルミニウム、樹脂シート、硬質微粒子（セラミックス粒子）から構成する異種積層板の作製を行った。予備試験的に積層板の作製方法を実施していたため、大きなトラブルもなく進めることができた。ただし、材料製造会社の製品生産状況のため、合金丸棒や樹脂シートの入手に少し時間を要した。研空全体として、試験片作製準備は研究計画に大きな影響はなかった。次に、マグネシウム合金基材への異種積層板の接合を行い、接合性に及ぼす異種積層板の合計板厚の影響について調べた。光学顕微鏡による接合界面の状態について、また電子顕微鏡による接合界面の元素状態について、それぞれ調べた。各種顕微鏡による接合状態の評価は研究計画通りに行えた。次に、接合性の評価として、三点曲げ試験を行った。異種積層板を接合した円板状試験片から三点曲げ試験用試験片の作製を行った。短冊状の加工はとくに問題なく準備ができ、曲げ試験も順調に進めることができた。現在、摩耗試験による耐摩耗性の評価を行っている。試験片の表面に対して、複数回の試験ができるように、つまりより多くのデータが取れるように加工の最適な設定条件を進めている。以上より、現在までの進捗状況はおおむね順調に進展している。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在、乾式研磨紙を用いた摩耗試験機による耐摩耗性の評価を行っており、マグネシウム合金への異種積層板の接合性について調べている。今後も数種類の異種積層板に対する耐摩耗性の評価を続ける。その後、硬質微粒子であるセラミックス粒子の粒径や材質を変化させ、また樹脂シートの厚さや材質を変化させる計画である。さらに、セラミックス粒子や樹脂シートにおける積層数を増加させて、接合性に及ぼす加工条件について調べる。接合状態については、光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いた組織観察について調べる計画である。接合性の評価として、前年度と同様、三点曲げ試験や摩耗試験による評価を行う予定である。本年度はさらに耐腐食性についても調べる。具体的には、塩水雰囲気中での腐食試験を行う計画である。研究計画が順調に進んだ場合、マグネシウム合金やセラミックス粒子の材質を変化させて、同様の試験評価を行う計画である。具体的には、難燃性マグネシウム合金や高強度マグネシウム合金の基材を、またアルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素などの硬質粒子を用いる。また、現在までに得られた結果について、途中段階でのまとめを共同研究者とともに行うとともに、学協会開催の講演会で成果発表を積極的に行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本研究と関連する学会への参加を計画していたが、すべての学会でオンライン開催となったため、旅費を使用することができなかった。この次年度使用額は、今後開催される学会への参加に伴う旅費に使用する計画である。
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