アルミニウム基複合材料の耐摩耗マイクロメカニズムの解明と材料設計指針の提示

阐明铝基复合材料耐磨微观机制并提出材料设计指南

• 批准号: 17760119
• 负责人: 宮島 敏郎
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760119/
• 关键词: トライボロジー; 摩耗; アルミニウム基複合材料; 往復摩擦摩耗試験; 炭化ケイ素粒子; 有限要素法; スクラッチ試験; ナノインデンテーション試験; 凝着

複合材料の機械的性質に関する複合則や材料の設計指針が構築されているのに対し、耐摩耗性に関しては、未だ定まった設計指針が存在せず、試行錯誤による材料開発が行われている。昨年度、A2024アルミニウム合金にSiC粒子を含有し強化した、SiC粒子強化Al基複合材料(以下MMC)の変形過程と摩擦面上の強化材単体の破壊・脱落過程を解明した結果を基に、本年度は、荷重支持効果に及ぼす粒子径と体積含有率の影響を汎用P法非線形解析ソフトによって調べた。また、往復摩耗試験機を用いて、MMCのすべり速度と荷重に対する摩耗への影響について調査した。非線形解析によって、低い垂直分布荷重がかかる場合、低い体積含有率のMMCでは、荷重を支持するSiC粒子の数が少ないので、SiC粒子の大きさが荷重支持効果に影響を与える。高い体積含有率のMMCでは、粒子の大きさに依存しない。一方、高い垂直分布荷重がかかる場合、個々の粒子が支えられる荷重値を超えるため、SiC粒子の体積含有率の効果よりも、粒子径が大きく影響し、粒子径が大きい方が押し込まれにくくなることが明らかになった。また、往復摩耗試験機を用いて、MMCの摩耗に対する粒子径の影響について調べたところ、すべり速度、荷重の増加に対して、粒子径が大きくなることで、摩耗量の増加を抑制できることが明らかになった。また、摩耗面に生じるうねりの山部分と谷部分の高さの差を測定したところ、低荷重では、粒子径による違いはみられないが、ある大きさ以上の荷重になると、粒子径が大きい方が、山部分と谷部分の高さの差が小さくなることがわかった。昨年度の試験結果と、本年度の解析および往復摩耗試験によって、低荷重域では、粒子径よりも体積含有率の方が摩耗に対して影響が大きい。一方、高荷重域では、粒子単体の荷重支持効果が大きい粒子径が大きい場合が、耐摩耗性に大きく依存することが明らかになった。

虽然已经制定了有关复合材料的机械性能的复合规则和材料设计指南，但尚无有关耐磨性的既定设计指南，并且正在通过反复试验和错误执行材料开发。基于阐明基于SIC颗粒增强的基于Al的复合材料的变形过程（以下称为MMC），这是通过在A2024铝合金中含有SIC颗粒并用SIC颗粒加固的，这一年我们今年使用了粒子尺寸和体积的轴承对轴承的效果进行了一般轴承效应，并用SIC颗粒加固。此外，使用往复式磨损测试仪研究了对MMC磨损速度的影响。当通过非线性分析施加低垂直分布的负载时，SIC颗粒的尺寸会影响承重效果，因为支撑载荷的SIC颗粒的数量在MMC中很小，体积含量较低。大容量含量MMC不取决于粒径。另一方面，当施加高垂直分布的载荷时，单个颗粒超过了可以支撑的负载值，因此颗粒直径的效果要比SIC颗粒的体积含量的效果更大，这表明较大的颗粒直径较大的可能性不太可能被推动。当我们使用MMC的磨损范围的范围内，较大的颗粒直径逐渐推动。由于滑动速度和负载的增加，磨损量的增加。此外，当测量磨损表面上起伏的起伏的峰高和山谷之间的高度之间的高度差时，发现由于颗粒尺寸而导致粒径较低，但是当载荷超过一定尺寸时，粒径超过一定尺寸时，高度和山谷之间的高度差在粒径较大时会变小。根据去年测试的结果以及今年的分析和往复磨损测试，体积含量比低负载区域的粒径具有更大的影响。另一方面，在高载荷范围内，已经发现，当粒径很大时，仅颗粒的负载效应很大时，它就高度依赖于耐磨性。