高圧力下の高温加熱による超砥粒結合薄膜金属の強靱化機構の解明

本ホイールの開発には、被覆金属を薄くし、気孔を多くすると同時に、なおかつ十分な強さをもつ結合橋を造る必要があることが分かってきた。そこで、真空焼結に続き、2次処理として高温高圧オートクレープによる加熱実験を行った。万能焼結炉を製作し、完全な温度管理の下で、1次処理としての真空焼結を行った。その後、すでに、製作済みのオートクレープを用いて、とりあえず10気圧、500℃以下での温度での2次焼結を実施した。実験結果の整理は、結合橋の強さの解析より、結合橋の半径とせん断強さの関係を求めることにより行い、2次処理条件と結合橋の強さの関係を明らかにした。1次処理で真空焼結した試験片を2次処理した結果、10気圧、300、325℃で3から4時間加熱したところ、空気中500℃で20分加熱したときよりも高いせん断強度が得られた。また、350℃では60、120、180分と長くなるに従い、せん断強さは大きくなり、常圧加熱よりも高い値を得ている。ところが、400℃で2から3時間加熱したところ、せん断強さは小さくなり、高圧高温処理の効果は見られなかった。この場合、リン青銅のほかに酸化銅の生成が著しく、脆くなったものと思われる。2次処理後の被覆金属の表面は滑らかになっており、常圧加熱で見られた泡立ちは消滅していた。同時に試験片内部までリン青銅が生成し、黒化していることが確認でき、高温高圧処理の効果が見られている。なお、結合橋が太い場合、結合橋の内部までリン化されず、せん断強さが小さくなるという結果も得ている。結合橋の太さが適度のとき、高温高圧下でのリン化処理は効果があることが判明した。

本ホイールの開発には、被覆金属を薄くし、気孔を多くすると同時に、なおかつ十分な強さをもつ結合橋を造る必要があることが分かってきた。そこで、真空焼結に続き、2次処理として高温高圧オートクレープによる加熱実験を行った。万能焼結炉を製作し、完全な温度管理の下で、1次処理としての真空焼結を行った。その後、すでに、製作済みのオートクレープを用いて、とりあえず10気圧、500℃以下での温度での2次焼結を実施した。実験結果の整理は、結合橋の強さの解析より、結合橋の半径とせん断強さの関係を求めることにより行い、2次処理条件と結合橋の強さの関係を明らかにした。1次処理で真空焼結した試験片を2次処理した結果、10気圧、300、325℃で3から4時間加熱したところ、空気中500℃で20分加熱したときよりも高いせん断強度が得られた。また、350℃では60、120、180分と長くなるに従い、せん断強さは大きくなり、常圧加熱よりも高い値を得ている。ところが、400℃で2から3時間加熱したところ、せん断強さは小さくなり、高圧高温処理の効果は見られなかった。この場合、リン青銅のほかに酸化銅の生成が著しく、脆くなったものと思われる。2次処理後の被覆金属の表面は滑らかになっており、常圧加熱で見られた泡立ちは消滅していた。同時に試験片内部までリン青銅が生成し、黒化していることが確認でき、高温高圧処理の効果が見られている。なお、結合橋が太い場合、結合橋の内部までリン化されず、せん断強さが小さくなるという結果も得ている。結合橋の太さが適度のとき、高温高圧下でのリン化処理は効果があることが判明した。