本研究では優れたエネルギー吸収特性を持つポ}ラスZ
n ‑
22A1合金に着目し、安価で大量 に作製が可能な溶湯発泡法における問題点を粒子添加により改善を試みた。製造時に生じ る気泡の合体を防ぐために溶湯と反応を起こさないアルミナ粒子を添加し、粘性の向上を 図った。また、粒子添加量及び粒径によるセル形態への影響を詳細に調査し、発泡の安定 化に最適な添加条件を求めた。作製したポーラスZn・22A1合金の機械的特性を調べるため、圧縮試験を行い、粒子無添加の発泡体との比較を行うことで安定化粒子添加の影響を考察 した。また、コスト削減の観点で出発材を純金属としてポーラスZn.・.22A1合金を作製し、セ ル形態、機械的特性を比較することで純金属の有用性を示した。これらより以下の結論を 得た。
1. アルミナ粒子を添加することによって溶湯の粘性が向上し、気抱の合体を抑制すること が出来た。粒子添加量の増加によって発泡時間が長い場合においても気泡の合体を抑制 出来た。これらより、アルミナ粒子の添加はセル形態の微細化において効果的であり、
粒子添加量の増加はより微細化への影響が大きいことがわかった。
2. 粒径1μ皿のアルミナ粒子を添加することにより、粒径30μ皿のアルミナを用いて作製し た発泡体に比べて大幅にセル形態の微細化に成功した。これは小さい粒子を用いること によって溶湯の粘性がより向上した結果である。また、粒径30問1のアルミナでは存在 出来ないような薄いセル壁にも分散しているため、より気泡の合体を抑制出来た。これ らより、粒径1μ血のアルミナ粒子は粒径30問1のアルミナ粒子よりも発泡の安定化にお いて効果的であることがわかった。
3. Zn・22A1合金の溶湯の各温度における撹持トルクを許測し、480'Cより低い温度では急激 に粘性が増加することがわかった。これは、半凝固によって固相が現れるためであり、
発泡に最適な温度は480'C以上であることがわかった。過去の研究成果による最適な撹 搾トルクは201副 ・mであり、粒径 1μm、2vol.%の条件においてこれを満たす撹持条件 は
9 0 0
1pm
、6 0 0 8
であることがわかった。4. アルミナ粒子を添加して作製したポーラス Zn・22A1合金の熱処理前、熱処理後の SEM による微細組織を観察した結果、熱処理によって 10J.Ull以下の微細な等軸組織を得られ た。これより、粒子を添加した場合でも無添加の発泡体と同様に、超塑性発揮に必要な 微細な等軸組織が得られることがわかった。
5. 最適条件で作製したポーラス Zn・22A1合金、ポーラスZn・22AVA1203合金を用いて、圧 縮試験を行った結果、粒子を添加した発泡体は高い変形応力を持つことがわかった。こ れは、アルミナ粒子による分散強化である。また、
m
値は無添加の発泡体に比べて半減しており、これは分散したアルミナ粒子が破壊の起点となったためだ、と考えられる。
6. 純金属を出発材としたポーラスZn・22A1合金の作製プロセスを確立し、神戸製鋼所製の バルク体を出発材とした発泡体とセル形態及び機械的特性を比較した。純金属から作製 した溶湯を発泡させる場合は粘性が低いため、セル形態が悪化したが、一度凝固させた バルク体から作製した場合はほぼ同等の発泡体を得ることが出来た。また、機械的特性 に関しても同等の傾向、 m~直を得ることが出来た。これらより、純金属を出発材として 発泡体を作製するに際、神戸製鋼所製のバルク体を出発材とした発泡体と同等の性質を 有した発泡体の作製が可能であることがわかった。
参考文献
間大塚正久『セル構造体多孔質材料の活用のために』 内田老鶴圃 1993. [2]大塚正久，佐藤英一，北薗幸一 『泡の物理』 内田老鶴圃 2ω4.
[3] D. Schwi曙:el，H.W.S田liger，C.
v e ∞
hionacci， D. Alw田:，J. Dittrich:Aluminum foam sandwich紺UCtUI宙for時 即eapplic組.ons"，Ac'旬A曲。nautic
， a
Vo1. 61， 2007， pp. 326‑330.[4]素形材センター: ポーラス金属の利用技術の可能性に関する調査研究報告書"財団法 人機械システム振興協会，2
∞
6.[5] E.M.A. Maine and M.F. As肋I}':Apply凪g印 画 附 加entme也odologyfor IDa白 血l ls(IMM)佃 alum回m白 血s"，Materials and D儲i
g n ，
¥01. 23， 2002， pp. 307・319.[6] H.R. Zarei制 M Kroger: 句幽iz甜onof働 foam‑fill叫 aluminum帥 錨 forcrush box appli
‑ c
ation" ，τ
'hin‑Walled Structures， ¥01. 46， 2∞
8，pp.214，・221.[7] T.J. L
， u
A. He鑓 組dM.F. Ashby: Sound ab釦甲山n祖 me凶licfoams"，
Joumal ofApp
lied Phys・ics，¥01. 85， No. 11， 1999， pp. 1183‑1192.[8] K. Ki
t a z o n o
阻dY.T:政iguchi: Strainr a t e
sensiti'吋勿andenergy absorption of ZIト22Al fo卸 15"，
Scripta Ma脂rialia，Vo 1.55 (2∞
6)，
pp. 501・504.[9]K. Ki鈎
z o n o ，
T. S切 andY. Takiguchi:R∞
mTeII駒m加r e
SupeIplastic Defonnation of Closed‑Cell Zinc Alloy Foams"，
M蹴 rialsScien田 For u m ，
Vols. 501，・565(2007)，
pp.I715‑1718. [10] 北薗幸一，瀧口剛太: 衝撃吸収特性に優れた発泡Zn
・22Al合金製衝撃吸収材及びその製造方法"，特許広報，特開2007‑217715
[11] 1. Ba曲 叫 Manuf制 問 :charact剖zation佃d司JPlic姐.onofcell叫armeta1s組 dme凶 fo:翻"， ProgI国sinMaterials Science， No. 46， 2001， pp. 559・632.
[12] Process函gandm田hanicalbehavior of Zn‑剖.‑Cu伊IOUSalloys S.R. C部01
， ∞ ，
G.Dom泊guez，
D. Sandoval， J.E. G翻 Iy* 陥te血IsScience and E噸nee由時~，A 471 (2007)， pp.28，ー33 [13]発泡アルミニウムの製造技術とその諸特性神戸製鋼技報 Vo1.54， No. 1 2004 pp. 89・94 [14]打 越 二 覇 『 図 解 機 械 材 料 第3版』東京電機大学出版局 (2
∞
1)[15] F.A. Mohamed:The Role of Impurities dw祖gCreep and Supc詔pla副.cityat VeIY Low S岡 田s"
，
Me凶lurgi伺1叫 陥. t e
由IsTransactions A，Vo1. 33A， 2002，
pp. 261‑278.[ 1 6 J
棋井浩一，上回宏樹，岡田徹，加藤稔，三村裕一，田淵勝道: 室温超塑性の発現と制振 デバイスへの展開"神戸製鋼技報，Vol. 51， No. 1 (2001)， pp. 34・37.[ 1 7 J
高木敏晃，棋井浩一，櫛部淳道，青木和雄，東健司，江立男."結品粒超微細化された常 温超塑性Zn ・
22Al合金の開発と住宅用制振ダンパへの適用"神戸製鋼技報，Vo1. 55， NO.l (2005)，
pp. 41‑44[ 1 8 J
関戸健治: 溶湯発抱法によるポーラスZn
，・22Al超塑性合金の開発ヘ首都大学東京大学 院平成修士論文[19] Jiaan Liu， Sirong Yu，沼3I司yongZhu，随時Wei，So時Li， Yanru Luo ， Yaoh凶Liu:官 能ctof Al2U3 short fiber on the compressive prope国 国ofZn‑22Al ti伺ms"，Materials Le由 民vo1.62， (2008)， pp.3636・3638.
[20] Ji祖nLi，uS加ngY，uYl叫aiSo曙，沼a町0曙Zhu，M加IgWe，i
y : 阻
ruLuo，YaohuiLiu: 町田園c compre副ves岡 昭thof Zn ‑
22Al fo細 s"Journal of Alloys and Con駒 田ds，vo.1476 ，(2009)， pp.466・469.[21] JiaanLi ，uSiro曙Y，uy1叫aiSo曙，活anyo昭zhu，MingWe ，iYanru Luo， Yaohui L加:
白
m
凶 onbe肺 白n田ramicadditions and compressive pro戸 姐 国ofZn‑22Alm組ix， ∞
mposite f03IDS"， JOUI叫 ofAlloys and白mpounds，vo1.476， (2009)， pp.220‑225.[22] M. Fun血IW
， a
Y.地，Z. Hori a，tM. Nemoω， RZ. Valiev and T.G. L姐gdon:Micro縮 刷 胤c也J3Cteristicsand s昭e甲h甜cduc世ityinaZn・22%Al
a l l o y
W抽 sub凶αometergr刻n盛民"， 抽 剛 山Scien白 血dE噸 脱 出g， AVo. 1241 (1998)， pp. 122・128.[23] Ji祖nLiua，Siro曙 Yua"苅a町ongZhub
，
MingWei， a
Yanru Luob，
Yaohui Liua，Cor r e
凶 on metween田 岡micadditions組dcompressive prope副esofZn・.22Alm油ixcon脚 sitetiωms"JOUI叫 ofAlloys掴dCompounds， Vo1476 ，(2009) ， pp. 220‑225
[24]上野英俊，秋山茂， 溶融アルミニウムの発抱特性に及ぼすカルシウム添加効果"軽金 属学会誌，Vo137， No.l，(1987)， pp.42‑47
[25] Y. Xun and F.A. Mohamed: Sli
p ‑
a∞
ommodated銅駒甲泊副cflow in Zn‑22w自治Al"，Philosophical Magazine， Vo 1.83， No. 19，2003， pp. 2247・2266.
[26] A. Shibu
y
， a
K. Arih釘aand Y. Nakamura: 羽伺S田em.entof App紅 個tVis∞
sityof Ferrous血d Non‑ferrous Alloys in Liquid/solid
∞
exis出g Sta句 ー Fe‑C，Sn‑Pb， Al‑Cu and Fe・Cr.・Ni・CAlloys" Tetsu‑to・Hag組.e66 (1980) 1550・1556.謝辞
本研究を行うにあたり、丁寧なご指導、多くの助言をいただきました北薗幸一准教授に 心より御礼申し上げます。お忙しい中でも研究の進め方や実験方法に助言をいただき、圏 内外の学会発表の際には非常に熱心なご指導をしていただきました。この 3年間で教えて 頂いたあらゆる物事、研究室で経験したすべてが一生の財産です。
また、実験材料であるZn・22Al合金は神戸製鋼所よりご提供を賜りました。ここに厚く御 礼申し上げます。
北菌研究室で共に勉学に励んだ、鈴木さん、大原さん、鈴木康修さん、小谷さん、真杉 さん、高官さん、今井さん、下回さん、石川太ーさん、加藤さん、杉本さん、他にも卒業 された
OB
の先輩方たちのおかげで大変楽しい研究生活を送ることが出来ました。また関戸 健治さんには研究を進めるにあたって多くの助言やご指導をしていただき大変感謝してい ます。最後になりましたが、博士前期課程に進学する機会を与えてくださり、ありとあらゆる 場面で私を温かく見守り続けてくれた両親に深く感謝し、たします。