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2023 年度 実施状況報告書

Al, Si混合粉末をインサート材としたアルミニウム合金/炭素鋼のパルス通電接合

研究課題

研究課題/領域番号 23K04392
研究機関宇都宮大学

研究代表者

高山 善匡  宇都宮大学, 工学部, 教授 (60163325)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
キーワードパルス通電接合 / アルミニウム合金 / 炭素鋼 / アルミニウム粉末 / シリコン粉末 / インサート材
研究実績の概要

本研究では、A5052Al合金とS45C炭素鋼を被接合材とし、Al, Si混合粉末をインサート材としてパルス通電接合を行い、接合パラメータである(a) Ins材の厚さ、(b) Al, Si混合粉末混合比、(c) 圧粉応力、(d) 接合時の加圧力、(e) 電流、(f) 保持時間の影響を調べ、接合強度の最大値が得られる最適条件を探索する。その前提として、混合比の異なるIns材の電気抵抗率(or 導電率)を測定する。接合実験の後、界面観察、界面近傍のEBSD解析、接合強度評価と破断面観察・EDS組成分析・電気抵抗率測定を行い、接合メカニズムおよび接合強度に影響を及ぼす接合因子と易分離性を検討する。
実施したパルス通電接合実験の条件は次の通りである。被接合試料として直径20mm,高さ20mmの5052Al合金およびS45C炭素鋼丸棒材を、発熱材として,直径20mm,高さ10mmのカーボン治具を用いた。まず、Al粉末のみをインサート材とした条件として、圧粉荷重2条件、圧粉体厚さ2条件、接合温度(カーボン治具温度)2条件、接合保持時間2条件を変化させて組み合わせた6条件を設定した。パルス電流は3.5kA一定とした。次に、Al粉末にSi粉末を12mass%および6mass%混合した粉末をインサート材とし、接合保持時間2条件を組み合わせた3条件で接合実験を行った。接合後、継手より平行部長さ6mm、幅4mm、厚さ1.5mmの引張試験片を切り出し、接合強度を測定した。その結果、9条件のうち、Al粉末に6%Si粉末を混合したインサート材を用いた接合実験により、最も高い接合強度を得ることができた。

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

アルミニウム粉末、アルミニウム/シリコン混合粉末をインサート材として用いることにより、A5052Al合金とS45C炭素鋼の接合を達成することができた。また、アルミニウム粉末のみをインサート材とした場合に比べ、混合粉末をインサート材とした方が高い接合強度が得られ、混合粉末インサート材の優位性を確認することができた。今後はより高い接合強度を得る条件を探索するとともに、界面近傍の観察・分析により、接合メカニズムと接合強度に影響を及ぼす接合因子の解明、さらには易分離性を検討する。

今後の研究の推進方策

今後はより高い接合強度を得る条件を探索するとともに、界面近傍の観察・分析により、接合メカニズムと接合強度に影響を及ぼす接合因子の解明、さらには易分離性を検討する。界面近傍の観察・分析については、接合過程でのアルミニウム/シリコン混合粉末の溶融に伴うシリコンの拡散と接合強度との関係に着目する。このような結果を基にして、接合メカニズムと接合強度に影響を及ぼす接合因子を明らかにできるものと考えられる。また、易分離性については、接合後の継手に対し加熱と界面近傍相の溶融の関係を調べ、易分離性を検討する。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2023

すべて 学会発表 (2件)

  • [学会発表] アルミニウム粉末のインサート材を用いた5052アルミニウム合金 /S45C炭素鋼のパルス通電接合2023

    • 著者名/発表者名
      山道健志郎,高山善匡,渡部英男,青木圭太
    • 学会等名
      軽金属学会第144回春期大会
  • [学会発表] 5 052 アルミニウム合金 S45C 炭素鋼のパルス通電接合に及ぼすアルミニウム粉末インサート材作製条件の影響2023

    • 著者名/発表者名
      山道健志郎,高山善匡,渡部英男,青木圭太
    • 学会等名
      軽金属学会第145回秋期大会

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公開日: 2024-12-25  

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