粉末冶金高強度アルミニウム合金の自動車産業への大規模応用が期待される

  • 2016-11-16

アルミニウム合金の性能をさらに向上させるために、ナノ相とナノ金属間化合物分散強化合金の研究は国家技術者の注目を集めている。新しい合金ナノ粒子強化材料であり、材料の強度を大幅に向上させ、材料の使用量を減少させる。ナノ粒子強化材は、その高強度、高靭性、低温超可塑性、加工容易、低密度、良好な性能で、航空機、宇宙機、自動車工業において良好な応用見通しを持っている。



ナノ材料の小さいサイズ効果と表面原子活性の増加による表面と界面効果のため、材料の焼結はより容易である。それは焼結温度が低く、焼結時間が短く、焼結体の焼結性能が良いなどの利点がある。一般に、ナノ材料は、最適な性能を得るために、小さな均一な微細構造と完全な緻密化を必要とする。従来の成形、等静圧、押出、射出成形、爆発成形などの粉末冶金成形方法はナノ粉末成形に用いることができる。無圧焼結プロセスは簡単でコストが低い。熱圧(HP)、等静圧焼結(RS)及び反応熱圧焼結は、無圧焼結に比べて焼結温度がはるかに低く、より高い密度を得ることができる。



マイクロ波焼結(MS)、自己拡散高温合成(SHS)、プラズマ焼結及びスパーク焼結は近年発展した最新の焼結方法である。しかし、ナノ粉末は極細であり、その見かけ密度が低いため、緻密密度が均一ではなく、焼結体の密度が理論密度に達しにくい。ナノ粉末は比較的大きな比表面積と比較的高い焼結活性を有するが。ナノ粒子は高温でも急速に成長し、それまで完全な緻密化には達しておらず、結晶粒サイズは100 nmまで成長する。


したがって、完全に緻密で結晶粒サイズが100 nm未満のバルクナノ材料を製造する方法がある。そのため、ナノ材料の製造の研究ポイントは結晶粒の成長の制御である。

  


研究により、熱間鍛造技術は熱間圧力不足を効果的に克服できることが分かった。1100℃はZrO 2−3%Y 2 O 3を十分に緻密化させることができ、平均結晶粒サイズは85 nmである。また、瞬時高圧パルス下で連続押出成形と成形を行うことで、圧縮密度を高めることができる。マイクロ波焼結などの急速焼結方法は、その昇温速度が速く(500℃/min)、加熱時間が短く(2 min)、ナノ結晶粒の異常な成長の問題を解決した。しかし、焼結密度は理論密度に達するのが難しいため、ナノ材料が最適な機械的性質に達することはできない。


現在、高強度アルミニウム合金粉末冶金の使用は、価格と技術のため、主に航空宇宙分野に限られている。技術と発展の進歩に伴い、原材料コストは引き続き低下し、自動車業界に大量に応用されるだろう。


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