【公開日：2025.06.26】【最終更新日：2025.06.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22TU0180

利用課題名 / Title

ハイブリッドセラミックス粒子強化したA6061合金基複合材料の組織と機械的性質

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

粒子分散型複合材料, Al基酸化物分散型合金,電子顕微鏡/Electron microscopy,イオンミリング/Ion milling

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

衣 立夫

所属名 / Affiliation

鳥取大学工学部機械物理系学科材料工学研究室

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes

早坂浩二

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-510：イオンミリング装置
TU-503：超高分解能分析電子顕微鏡
TU-520：透過電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

セラミックス粒子強化Al基複合材料は、軽量かつ高比強度・高耐摩耗性という性質を持つため、自動車や航空宇宙機等の構造部材に極めて有用な材料である。従来、粉末冶金法や鋳造法などの製造法が用いられるが、セラミックス粒子が大きく、強化相の体積含有率を上げることが困難なため、機械的性質の向上が制限される。そこで、Al中に微細なセラミックス粒子をIn-situ生成させる反応焼結法が注目を集めている。先行研究では、Al₂O₃、TiB₂、TiC粒子を強化相とした純Al基複合材料をIn-situ反応焼結法および熱間押出しにより作製し、複合材料の引張強度が純Alより大きく向上したことを報告した [1]。そこで、本研究では、熱処理型のAl合金(A6061)を母材として同じ手法で複合材料を作製した。熱処理を施すことによって、複合材料の引張強度を更に向上が期待されている。しかしながら、熱処理後の試料の引張強度が熱処理前の試料に比べて意外に変わらなかった。その理由を解明するために、熱処理前と熱処理後の試料を東北大学のイオンミリング装置を用いてTEM試料を作成し、TEMにより組織観察と相分析を行った。　

実験 / Experimental

反応焼結と熱間押出しにより作製したA6061-Al₂O₃-TiB₂-TiC複合材料をT6熱処理（溶体化処理:550℃×4h、時効処理:170℃×8h）で施した。熱処理前と熱処理後の試料をArイオンミリング装置(イオンミリングPIPSⅡ)で薄くし、透過型電子顕微鏡(JEM-2100Plus)と収差補正走査透過型電子顕微鏡(Titan3 60-300 Probe Corrector)を用いて組織観察と相分析を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

Fig.1に熱処理した試料のSTEM元素マッピングの結果を示す。原料粉末を反応焼結させることで、目的の強化粒子であるTiB₂とTiCが確認されたが、Al₂O₃粒子の存在が見られなかった。代わりに、大きいMgAl₂O₄粒子の形成が確認できた。これは熱処理を施すことにより、Al₂O₃粒子と母材中のMgが反応し、形成されたスピネルだと考えられる。また、MgAl₂O₄粒子の中に、複数の微細なTiB₂とTiC粒子の存在が確認できた。これは成長したMgAl₂O₄粒子が元々に存在したTiB₂とTiC粒子を吞み込んだと考えられる。このことによって、粒子の強化効果が弱くなり、熱処理した試料の引張強度が上がらなかったと考えられる。今後、Mgなしのアルミ合金粉末を母材として使用し、本研究の結果と比較したいと考えている。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig.1　熱処理した押出し試料のSTEM元素マッピング

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

・参考文献　 [1] J.O.Odhiambo et al., Journal of Composite Materials vol.56. (2022) 1987－2001.
・謝辞 東北大学金属材料研究所分析電顕室の皆様(特に研究員の早坂浩二様)のご対応、TEM試料作製、試料観察、結果の考察に深く感謝いたします。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件