金属基複合材料の高温非弾性変形特性とセラミック被覆皮膜の高温接合強度評価

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本研究は自動車のエンジンブロックなどの軽量化と耐熱強度性能を向上させることを目指して、新たに開発された急冷凝固合金法による高密度Si‐Al合金焼結材料の高温塑性クリープ変形特性を実験的に調べると共にこれら新材料へのセラミックTiN表面被覆皮膜の高温接合強度についても実験的に調べ、宇宙航空機体壁、核融合炉壁などへの適応性を検討し、セラミック表面被覆先進複合材料の高温強度評価法を確立することを目的とする。申請者らの考案した独自の自己平衡式熱応力試験法により、熱伝導特性が優れているAl‐Si系材料にTiNセラミックを表面被覆した場合の温度傾斜場における皮膜の接合強度試験を行ったが、融点近傍の460℃に外周加熱(内周冷却)を行っても皮膜の破壊及び剥離は生じなかった。同温度に均熱した後の水冷却にてバフ仕上面に亀裂を生じたが剥離には至らなかった。素材の室温及び高温下における非弾性変形特性の検討を行った。弾性係数はAl合金材料とさほど変わることはないが変形能がかなり低下する。破面は脆性的で局所くびれは見られない。高温時での流動応力はSiの配合割合が高いほどほど高くなる傾向があるが、試験片のバラツキが若干目立ち今後更に実験方法をも含め検討を加える必要がある。今回の検討により急冷凝固合金法による高密度Si‐Al合金焼結材料の高温非弾性特性及びTiNセラミック被覆皮膜の高温接合強度がかなり良好であってエンジンブロックなどの温度傾斜場で使用される部材としてもかなり有望であることが結論されよう。