[論文レビュー] Manufacturing of Aluminum Composite Material Using Stir Casting Process

Muhammad Hayat Jokhio, Muhammad Ibrahim Panhwer+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2016

Aluminum Alloys Composites Properties参考文献 16被引用数 50

ひとこと要約

本研究は、α-Al2O3粒子で強化された7000系アルミマトリックス複合材料の撹拌鋳造プロセスを調査し、Cu-Zn-Mg合金化元素および時効硬化の影響に注目している。研究では、10 wt%までのAl2O3強化が、従来の鋳造法を用いて強度および延性の顕著な向上を実現できることを示しており、時効硬化処理により機械的特性がさらに向上することが明らかになった。

ABSTRACT

Manufacturing of aluminum alloy based casting composite materials via stir casting is one of the prominent and economical route for development and processing of metal matrix composites materials. Properties of these materials depend upon many processing parameters and selection of matrix and reinforcements. Literature reveals that most of the researchers are using 2, 6 and 7xxx aluminum matrix reinforced with SiC particles for high strength properties whereas, insufficient information is available on reinforcement of "Al2O3" particles in 7xxx aluminum matrix. The 7xxx series aluminum matrix usually contains Cu-Zn-Mg. Therefore, the present research was conducted to investigate the effect of elemental metal such as Cu-Zn-Mg in aluminum matrix on mechanical properties of stir casting of aluminum composite materials reinforced with alpha "Al2O3" particles using simple foundry melting alloying and casting route. The age hardening treatments were also applied to study the aging response of the aluminum matrix on strength, ductility and hardness. The experimental results indicate that aluminum matrix cast composite can be manufactured via conventional foundry method giving very good responses to the strength and ductility up to 10% "Al2O3" particles reinforced in aluminum matrix.

研究の動機と目的

• 7000系アルミマトリックス複合材料をAl2O3粒子で強化する撹拌鋳造法による製造可能性を調査すること。
• Al2O3で強化されたアルミマトリックス複合材料におけるCu-Zn-Mg合金化元素の機械的特性への影響を検討すること。
• 撹拌鋳造された複合材料の強度、延性および硬度に及ぼす時効硬化処理の影響を評価すること。
• 高強度アルミマトリックス複合材料を製造するコスト効率が良く、従来の鋳造プロセスに依存する方法を確立すること。

提案手法

• 7000系アルミ合金をマトリックスとして用い、撹拌鋳造プロセスを採用してアルミマトリックス複合材料を製造した。
• 溶融アルミマトリックスに、変動する重量パcent（最大10 wt%）のAl2O3粒子を添加した。
• Al2O3粒子の均一な分散を確保するため、溶融混合物を機械的に撹拌した。
• 試験片の成形のために永久金型を用いて鋳造を行った。
• 鋳造後、機械的特性への影響を調査するために時効硬化処理を施した。
• 製造された試料について、引張試験、硬度試験および延性評価を含む機械的試験を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10 wt%までのAl2O3粒子の添加が、7000系アルミマトリックス複合材料の引張強度および延性に与える影響は何か？
• RQ2 Cu-Zn-Mg合金化元素は、Al2O3で強化されたアルミマトリックス複合材料の機械的応答を向上させる役割を果たすか？
• RQ3 時効硬化処理は、撹拌鋳造アルミマトリックス複合材料の硬度および延性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 従来の鋳造法を用いて、Al2O3強化による高強度アルミマトリックス複合材料を製造可能か？

主な発見

• 10 wt%までのAl2O3粒子を含むアルミマトリックス複合材料は、引張強度および延性が顕著に向上した。
• Al2O3粒子の添加により、7000系アルミマトリックス複合材料の硬度が向上した。
• 時効硬化処理により、複合材料の強度および硬度がさらに向上したが、許容範囲内の延性を維持した。
• 撹拌鋳造プロセスは、標準的な鋳造手法を用いて、良好に分散されたAl2O3強化アルミマトリックス複合材料を効果的に製造できることを示した。
• 複合材料の機械的特性は、強化相含有量および熱処理条件に強く依存することが判明した。