In situ oxidation複合材料における界面反応の解析

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金属基粒子分散複合材料の製造法は大別して、粉末冶金法および溶湯撹拌法を挙げることができる。粉末冶金法によれば高品質な材料が得られるが、コストが高い欠点がある。一方、溶湯撹拌法は簡単であるが、微細粒子を均一に分散することが難しい。そこで、酸化物の標準生成自由エネルギーがAl_2O_3に比べて大きい不安定な酸化物を溶融Al中に添加し、溶湯中にてAl_2P_3を形成させるin situ生成法を取り入れることにした。この不安定な添加酸化物としてはCuO(平均径45μm)、SnO(平均径74μm)、ZnO(平均径1μm)の各粒子を用いた。まず、1273Kの溶湯中にCuo粒子を添加した結果、1μm程度の微細なAl_2O_3粒子が溶湯中でin situ生成・分散していることを確認した。この結果は、溶融純Al中にAl_2O_3粒子を直接添加・分散することが難しいことを考えれば、注目される。また、Al-3%Mg合金中ではMgAl_2O_4粒子のin situ生成・分散が見られた。次いで、溶融純Al中へのSnO_2粒子の添加を試みたが、SnO_2粒子/溶融純Al間の濡れ性が悪く、SnO_2粒子自身の溶湯中への分散が難しいため、Al-3%Mg系合金にSnO_2を添加した。その結果、Mg-Sn-O系あるいはMg-Sn-Al-O系酸化物粒子およびSn-Mg系金属間化合物の形成があった。また、ZnO粒子についても、SnO_2粒子と同様に溶融純Alとの濡れ性が悪いため、Al-3%Mg合金中に添加した結果、微細なMgAl_2O_4粒子の形成が見られた。しかも、この粒子はこれまで以上に微細であった。これは添加したZnO粒子自身が微細なこと、およびZnOの標準生成自由エネルギーがCuOあるいはSnO_2よりもAl_2O_3に近いことによる。しかしながら、粒子の分散状態は必ずしも良好でなく、クラスターを形成していた。そこで、次にAl粉末とZnO粉末からなる混合粉末を坩堝底に装填し、その上でAl-5%Mg合金を窒素雰囲気下にて溶解した。その結果、Al-Mg合金は混合粉末中に浸透し、微細な酸化物を均一に分散した複合材料を得ることができた。