氏名　青柳　成俊
学位の種類　博士（工学）
学位記番号　博乙第46号
学位授与の日付　平成6年3月25日
学位論文の題目　SiCウィスカ強化アルミニウム合金複合材料の製造とその性質に関す
る研究
論文審査委員
　主査　教授　小島　陽
　副査　教授　梅村　晃由
　副査　助教授　福澤　康
　副査　助教授　古口　日出男
　副査　助教授　鎌土　重晴

• 論文目次
• 論文要旨

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目次
第1章　緒論
1.1　本研究の背景　p.1
1.2　本研究の目的と意義　p.3
1.3　本論文の構成および内容　p.6
参考文献　p.9
第2章　加圧溶浸法によるSiCウィスカ強化AC4Aアルミニウム合金複合材料の高温強度
2.1　緒言　p.12
2.2　実験方法　p.13
2.2.1　SiCウィスカの構造　p.13
2.2.2　複合材料の製造　p.23
2.2.3　試験方法　p.26
2.3　実験結果および考察　p.26
2.3.1　複合材料の組織と硬さ　p.26
2.3.2　複合材料の高温強度　p.30
2.3.3　複合材料中の元素分析結果　p.41
2.3.4　複合材料とマトリクス材料部分の境界の強度　p.41
2.4　結言　p.52
参考文献　p.54
第3章　SiCウィスカ強化AC4Aアルミニウム合金複合材料の時効硬化挙動と組織観察
3.1　緒言　p.55
3.2　実験方法　p.55
3.2.1　複合材料の製造　p.55
3.2.2　試験方法　p.55
3.3　実験結果および考察　p.56
3.3.1　複合材料の組織と時効硬化　p.56
3.3.2　X線回折測定結果　p.66
3.3.3　複合材料の強度　p.74
3.4　結言　p.79
参考文献　p.79
第4章　SiCウィスカ強化AC4Aアルミニウム合金複合材料の組織と強度に及ぼす熱処理の影響
4.1　緒言　p.86
4.2　実験方法　p.86
4.2.1　複合材料の製造　p.86
4.2.2　試験方法　p.89
4.3　実験結果および考察　p.89
4.3.1　T6処理中の引張特性の変化　p.89
4.3.2　焼入れ時の温度差と引張強度の関係　p.93
4.3.3　温水焼入れした複合材料の強度　p.104
4.3.4　複合材料の降伏応力の計算　p.109
4.4　結言　p.114
参考文献　p.116
第5章　コンポキャスト法によるSiCウィスカ/ADC12アルミニウム合金複合材料の組織と機械的特性
5.1　緒言　p.117
5.2　実験方法　p.119
5.2.1　供試材　p.119
5.2.2　複合材料の作製　p.119
5.2.3　試験方法　p.123
5.3　実験結果および考察　p.123
5.3.1　半溶融溶湯攪拌による複合化　p.123
5.3.2　複合材料の組織　p.128
5.3.3　複合材料の引張試験結果　p.132
5.3.4　引張試験後の破面観察　p.136
5.3.5　ワイブル分布による破壊起点の推測　p.139
5.3.6　複合材料の弾性率　p.139
5.3.7　複合材料の硬さ測定結果　p.142
5.3.8　複合材料中のウィスカ長さ　p.142
5.3.9　摩耗特性　p.142
5.4　結言　p.148
参考文献　p.148
第6章　H.P.-押出し法によるSiCウィスカ/6061アルミニウム合金複合材料の高温強度と摩耗特性
6.1　緒言　p.150
6.2　実験方法　p.150
6.2.1　供試材　p.150
6.2.2　複合材料の作製　p.150
6.2.3　試験方法　p.153
6.3　実験結果および考察　p.153
6.3.1　SiCウィスカの分散と複合材料の密度　p.153
6.3.2　引張特性と弾性率に及ぼす合金粉末粒径の影響　p.162
6.3.3　摩耗特性　p.165
6.4　結言　p.173
参考文献　p.176
第7章　複合材料における強化材とマトリクス間の接着強度と臨界アスペクト比
7.1　緒言　p.177
7.2　実験方法　p.177
7.2.1　供試材　p.178
7.2.2　試験方法　p.178
7.3　実験結果および考察　p.183
7.3.1　界面近傍のSEM観察　p.183
7.3.2　複合材料の引張試験結果　p.183
7.3.3　鋼線はく離荷重と鋼線埋込み長さの関係　p.187
7.3.4　鋼線引抜試験理論　p.190
7.3.5　界面せん断強度算出　p.194
7.3.6　臨界アスペクト比　p.194
7.3.7　界面接着強度の熱処理による接着力の向上　p.198
7.3.8　界面近傍のEPMA分析結果　p.200
7.4　結言　p.200
参考文献　p.203
第8章　結論　p.204
謝辞p.　207

　従来、材料の使用に際しては、多くの金属材料の中から、使用環境に耐えうる特性を持った材料を選定するという考え方であった。しかし、積極的に人工的にいくつかの機能を付加させた複合材料を創りあげることで、高性能化への飛躍や重量の軽減、あるいは環境に対する限界範囲の拡大、消費エネルギーの低減が可能となる。このような構造材料の出現は工業上重要であり、複合材料の製造と特性についての評価は大切なものとなる。
　本研究は、軽量で耐熱強度と耐摩耗特性に優れたアルミニウム合金基複合材料の製造プロセシングとその性質について調べることを目的とした。
　第1章「緒論」では、本研究の背景を述べ、構造材料としての複合材料の位置づけを示すとともに本研究の目的と意義について述べた。
　第2章「加圧溶浸法によるSiCウィスカ強化AC4Aアルミニウム合金複合材料の製造と高温強度」では、ダイカスト機を利用した加圧溶浸法による複合材料の製造を試み、複合材料の組織、高温強度、ならびに複合部と未複合部の境界強度を評価した。その結果、試験温度200℃以下の複合材料の高温3点曲げ強さは、マトリクス材料のそれの1.5倍で優れた耐熱強度を持つことを明らかにした。また、境界強度は、低い界面接着力のため基本的にマトリクス材料強度よりも弱いが、熱処理により向上できることを示した。
　第3章「SiCウィスカ強化AC4Aアルミニウム合金複合材料の時効硬化挙動と組織観察」では、複合材料の時効析出挙動、熱処理中における組織の変化、そして熱処理後の高温強度を評価した。その結果、本系複合材料の時効析出挙動の特徴を明らかにした。また、熱処理中の組織の変化を調査した結果、熱処理中にウィスカ/マトリクス界面に数十nm程度の生成物が確認された。高温側において、熱処理した複合材料強度が製造状態の複合材料強度よりも低下する原因は、このような界面での生成物と晶出物の粗大化が原因であることが示された。また、時効析出に関連して複合材料のマトリクス中に発生する転位を、透過型電子顕微鏡により観察した。そして、この転位の特徴について明らかにした。
　第4章「SiCウィスカ強化AC4Aアルミニウム合金複合材料の組織と強度に及ぼす熱処理の影響」では、複合材料の熱処理後の強度特性とその予測方法について検討した。すなわち、熱処理中の強度の変化を調べた後、マトリクスの強化、分散強化、熱ひずみ硬化、析出硬化の4つの強化因子に分類して計算し、実験値と比較した。その結果、本複合材料の熱応力の実験値は、Derbyの提案した式に最も良く一致した。そして、複合材料全体の強度は、計算値と実験値で良く一致し、本系複合材料の強度予測の可能性を示した。
　第5章「コンポキャスト法によるSiCウィスカ/ADC12アルミニウム合金複合材料の組織と機械的特性」では、半溶融溶湯攪拌法によるSiCウィスカとアルミニウム合金との複合化および成形を試み、複合材料の組織、引張特性ならびに摩耗特性について調べた。その結果、本製法により複合材料の成形が可能で、その複合材料強度はマトリクス材料強度と同等以上で、高弾性率で優れた摩耗特性を有することを示した。
　第6章「H.P-押出し法によるSiCウィスカ/6061アルミニウム合金複合材料の高温強度と摩耗特性」では、ホットプレスと押出し法を併用した粉末法により複合材料を作製した。そして、高温強度、弾性率、および摩耗特性について調べた。その結果、理論密度を得た複合材料の高温強度は、マトリクス材料のそれよりも優れ、強度特性はビレット成形時の密度に影響されることを示した。また、数volume％のウィスカ添加により、摩耗特性は著しく向上することを明らかにした。
　第7章「複合材料における強化材とマトリクス間の接着強度と臨界アスペクト比」では、複合材料界面の巨視力学物性に関わる接着強度の測定方法の確立ならびに界面せん断強度と臨界アスペクト比の算出を目的に、鋼線強化アルミニウム合金複合材料をモデル材料として引き抜き法により検証した。その結果、臨界繊維長さと界面せん断強度の関係を明らかにした。
　第8章「結論」では、本論文を以下のように要約した。（1）ダイカスト機を利用した加圧溶浸法による複合材料の製造を試み、耐熱強度に優れたアルミニウム合金基複合材料を開発した。そして、本複合材料の組織、熱処理、強度の3者の関係を、実験および計算の両面から詳細に検討し、定性的には良く説明することができた。（2）アルミニウム合金基複合材料を加圧溶浸法、コンポキャスト法、粉末法の3種類の製法で製造し、それらの複合材料プロセシングを詳細に検討するとともに、各複合材料組織および機械的特性の特徴を明らかにした。これらのことは、構造材料としての複合材料の設計・製造指針として大きく貢献するものと考えられる。