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金属に炭素繊維を半含浸させた金属-樹脂系複合材料の高強度接合手法実現と力学的評価

金属半浸渍碳纤维的金属-树脂复合材料高强度粘合方法的实现及力学评价

基本信息

批准号：
20K14611
负责人：
金崎真人
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Okayama Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本申請では、金属に直接繊維を導入し、同時にその金属表面から露出させることで繊維に直接金属-PMC間の荷重を伝達させることにより、異種材接合の解決を試みる提案をした。初年度はCF織物片面へのAlBO導入条件や溶融金属含浸条件を模索し、CFを半含浸した金属板を作製する。その上にPMCを成形することで繊維強化異種材接合構造を持つ試験片を作製することを目標とした。初年度では、繊維強化異種材接合構造を持つ試験片の作製には至っていなかった。そこで第2年度では金属への濡れ性改善を目的とし、織物の材料の種類をCF、ガラス繊維（GF）、Al2O3繊維（Al2O3）の3種類を検討するとともに、不織布形状と平織形状を検討した。また、金属もアルミニウム合金（Al）だけでなく、マグネシウム合金（Mg）を準備した。これら繊維とその織形態、金属を網羅的に組み合わせ、アルゴンガスで不活性雰囲気にしたマッフル炉にて加熱し、繊維への金属の含浸状態を比較した。この結果、MgはGF、Al2O3へ織形態を問わず自然含浸した。純Alについては、CFへの含浸は困難であるが、GFおよびAl2O3については酸化を抑制できれば含浸できる可能性が示された。第3年度では、第2年度で作製したGFおよびAl2O3に対してMgならびにAlを含浸させた複合体の界面近傍の元素分析を実施した。この結果、強化繊維と溶湯間に化学反応が起きていることが示唆され、良好な海面が得られている可能性が示唆された。また、弊学の所有するMgの射出成形機を利用した複合体作製を実施するために、金型内の溶湯の流動のシミュレーションを行い、流速と金型形状の関係について検討を行った。この結果、型内の流動が高速で配置した繊維を乱し、目的の半含浸混合物が得られない可能性が示唆された。

The invention provides a proposal for direct metal bonding, simultaneous metal surface exposure, direct metal bonding and heterogeneous material bonding. In the early years, CF fabric surface AlBO introduction conditions and molten metal impregnation conditions were modeled, CF was semi-impregnated and metal plates were manufactured. The purpose of the test piece is to strengthen the bonding structure of dissimilar materials. In the early years, the joint structure of dissimilar materials was strengthened. In the second year, the purpose of improving the moisture resistance of metal, the type of fabric, CF, GF, Al2O3, and the shape of nonwoven fabric were discussed. The metal alloy (Al) is prepared for use in the production of metal alloys (Mg). The microstructure, composition, and impregnation state of the metal are compared. As a result, Mg, GF and Al2O3 are naturally impregnated. The possibility of pure Al, CF and Al 2 O 3 leaching is shown. In the third and second years, elemental analysis was carried out near the interface of Mg and Al impregnated composites. The results show that the chemical reaction between the enhanced vitamin and the dissolved solution is not stable, and the possibility of a good sea surface is not stable. The relationship between flow rate and mold shape is discussed in the process of making use of complex materials and the solution flow in the mold. As a result, the flow in the mold is configured at high speeds, and the semi-impregnated mixture for the purpose is possible.