課題番号 ：S-20-SH-0007
利用形態 ：共同研究型
利用課題名（日本語） ：摩擦攪拌法によるナノ炭素材料複合化アルミニウム合金の強度・摩耗特性の改善
Program Title (English) ：Improvement of Strength and Wear Properties of Carbon-Reinforced Al Alloy Composite by Friction Stir Processing
利用者名（日本語） ：尾和 智信
Username (English) ：Tomonobu Owa
所属名（日本語） ：長野県工科短期大学校 生産技術科
Affiliation (English) ：Dept of Production Engineering, Nagano Pref. Institute of Technology

１．概要（Summary）
本プラットフォーム事業を活用し，摩擦攪拌法 (FSP)を用いて，カーボンナノチューブ複合化Al合金並びにグラファイト複合化Al合金の作製に成功した．19年度はグラファイトを用いた固相複合化の可能性を示すことができた．具体的には，グラファイトの母相中への比較的均一な分布，微細化の効果を確かめた．
20年度は8%グラファイト添加焼結板を強化材として取り上げ，強度特性や耐摩耗特性を調べた．

２．実験（Experimental）
市販の5083Al合金の切りくずと所定量のフレークグラファイトを原料とし，三軸方向加振型ボールミル(BM)により混合・複合化処理し，5083Al-8%Graphite複合粉末を作製した．これを金型に充填し，グローブボックス内で真空度200Pa以下，焼結温度550℃，加圧応力140MPa，1hr保持を行い，真空加圧焼結試料（Al-Gr焼結板）を得た．Al母材にAl-Gr焼結板を入れるスペースを加工し，1.6mmの厚さにしたAl-Gr焼結板を挟み込んで，母材とともにFSP処理し複合材料（攪拌部）を作製した．攪拌部の強度特性，耐摩耗特性を中心に調べた．

３．結果と考察 (Results and Discussion）
Al-Gr焼結板を強化材として母材とともにFSPすることで，Al合金中にグラファイトを比較的均一に混合分散することができた．母材の引張強度約300 MPaに対し，攪拌部は500 MPa前後にまで向上した．グラファイトを利用していることから，さらに大越式迅速摩耗試験によりすべり摩耗特性を調べることとした．従来の大越式では，所要に制御された押付け力を負荷しながら，回転させた回転円板と平板の摩耗試験片を接触させ摩耗させる．その摩耗痕の幅から摩耗量を算出する手法である．そこで，我々は，押付け力と摩擦力を独立したフォースセンサにより測定し，演算することで動摩擦係数測定機能の付与を実現した．
Fig.1に比摩耗量と摩擦速度の関係を示す．各摩擦速度7回以上摩耗量を測定した．A5083は母材，SG8はAl-Gr焼結板を用いて作製した攪拌部である．0.75 m/s以下ではほぼ同等の摩耗特性を示したが，0.75 m/sを超えると明確に複合材料攪拌部摩耗特性は向上した．

Fig.1 Relation between specific wear loss and friction speed. Friction length 150 m, final contact force 54 N. Open circle: individual data for A5083, filled circle: individual data for SG8.

４．その他・特記事項（Others）
信州大学先鋭材料研究所の清水保雄特任教授および共同研究者の貝梅正二氏には，研究結果の討議や評価手法について的確な指摘を頂いた．記して感謝する．

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) Tomonobu Owa, Yasuo Shimizu, Shoji Kaiume and Yoshio Hashimoto: Materials Transactions Vol.62, No.4 (2021), pp.519-525.
・学会発表等はCOVID-19のため中止．

６．関連特許（Patent）
なし