名工大、使用量を従来の1/4以下に低減できる結晶粒微細化剤の開発に成功

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名古屋工業大学は2017年11月9日、同大学の研究グループが、アルミ鋳造時に強度向上のため使用する結晶粒微細化剤(以下、微細化剤)中の異質核粒子の割合を、従来の4倍以上も含有させることに成功したと発表した。これにより微細化剤の使用量を低減でき、アルミ製造コストの削減が期待できるという。

機械系構造部材の軽量化と小型化が求められる中、アルミは密度あたりの引張強さ(比強度)が高く熱伝導性にも優れていることから、多くの場所で使用されている。一方、アルミ製品を鋳造で製造した場合、アルミ鋳造組織の粗大化により機械的性質が低下することが問題視されており、その解決策として微細化剤の添加による組織の微細化が行われてきた。また同時に、生産コストに占める微細化剤コストの削減と、組織の微細化の基となる異質核粒子を大量に含む微細化剤の開発が求められていた。

同大学の研究グループは、従来の「Al-Ti-B微細化剤」の異質核粒子であるAl3TiやTiB2の代わりに、アルミとの整合性が良く、より有効な異質核粒子としてAl2.7Fe0.3Tiを採用。アルミ母相中にこの異質核粒子を10%含んだ「Al-10 vol%Al2.7Fe0.3Ti微細化剤」を開発した。しかし、この微細化剤は微細化能には優れているものの、本来は平衡状態下で存在できないアルミとAl2.7Fe0.3Tiを共存させるため粉末を焼結する工程が必要で、工業的に使用するにはコスト削減が必須だった。今回開発した異質核粒子の体積分率の高い微細化剤は、微細化剤の添加量を減らしても多量の異質核粒子を添加できるため、コスト低減が期待できる。

加えて、同大学はこの微細化剤を生産するプラントを真壁技研と共同で開発したと発表した。このプラントでは同一の低酸素濃度雰囲気下にて、ガスアトマイズによる粉末製造から、分級・混合、放電プラズマ焼結までが可能だ。月産200kgの微細化剤の製造を目標としており、今後は異質核粒子の体積分率をより高くした微細化剤や、安価にこの微細化剤が製造できるプロセス開発を目指すとしている。

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