この入門論文は、[Acta Mechanica Slovaca]によって発行された論文「”Use of Duplex PVD Coatings to Increase the Life of Moulds and Cores for die Casting of Aluminium Alloys in the Automotive Industry”」の研究内容を紹介するものです。 1. 概要: 2. 概要または序論 本稿では、自動車産業向け部品を対象とした高圧アルミニウムダイカストにおける金型およびコアの寿命延長を目的とした研究成果を詳述する。手法としては、Uddeholm Dievar金型鋼の表面に局所的なインパルス加熱を3段階の加熱速度で適用した。表面処理後、構造解析を実施し、続いてLarc技術を用いてPVD nACRo³コーティングを施した。コーティング品質の評価は、スクラッチ試験およびメルセデス試験によって行った。レーザー処理とnACRo³コーティングを施した後の表面微細形状は、ISO 25 178に準拠して評価した。その後、コーティングされた表面を680 ± 20℃の温度でAl-Si系合金溶融液に120分および300分間浸漬した。実験の結果、金型表面の耐性が著しく向上したことが確認された。 序論では、自動車産業におけるアルミニウムおよびプラスチック鋳造品の重要性を強調しており、これらは主にダイカストおよび射出成形用の金属金型を用いて製造されている。ダイカスト金型は、通常、クロムまたは工具鋼でできており、29～48 HRCの硬度に熱処理されており、金型の寿命は大量生産の生産性に大きく影響する重要な要素である。金型の損傷は、用途によって異なり、一般的な損傷として、工具表面に微細な亀裂のネットワークまたは個別の亀裂として観察される熱疲労亀裂がある。熱疲労亀裂の発生は、表面材料が小さな破片の形で失われる原因となる。その他の一般的な損傷原因としては、構造的なノッチによる引張亀裂、工具への鋳造合金の局所的な凝着（はんだ付け）、溶融金属またはプラスチックの鋳造によって助長される鋼のエロージョンなどがある。プラスチック射出成形金型は、より低い運転温度にさらされるが、圧力サイクルはより厳しく、そのため機械疲労損傷や過負荷による破損が発生する可能性がある [1]。アルミニウム合金鋳造用の金型部品およびコアは、高温下で適切な物理的および機械的特性を備えている必要があり、これらの特性は、熱的および機械的応力、ならびに金型とアルミニウム合金溶融液との界面での相互作用によって基本的に定義される。特に、アルミニウム合金溶融液による金型キャビティの乱流から分散充填への高速性、溶融液によって金型部品に発生する高い流体力学的圧力、および金型部品表面の比較的高温は、金型およびコアの寿命を著しく短縮する可能性がある。これらの現象はすべて、エロージョン、アブレーション、腐食、および金型の熱疲労のメカニズムによって、成形部品の表面劣化を引き起こし、それぞれが同時に作用する。 3. 研究背景: 研究課題の背景: アルミニウムおよびプラスチック鋳造品は自動車産業において極めて重要であり、主にダイカストおよび射出成形によって金属金型を用いて製造されている。ダイカスト金型は、通常、クロムまたは工具鋼でできており、29～48 HRCに熱処理されており、その寿命と生産効率に影響を与える重大な課題に直面している。金型寿命はダイカストの生産性における重要な要素であり、鋳造品または金型の用途に応じてさまざまな種類の金型損傷によって大きく影響を受ける。熱疲労亀裂は一般的な破損モードであり、工具表面に微細な亀裂のネットワークまたは個別の亀裂として現れ、材料の損失につながる。その他の損傷原因としては、構造的不規則性による引張亀裂、はんだ付け（鋳造合金の局所的な凝着）、および鋼のエロージョンなどがある。これらの劣化メカニズムは、アルミニウム溶融液射出中の高い流体力学的圧力と温度によって悪化し、エロージョン、アブレーション、腐食、および熱疲労を引き起こす [2]。 既存研究の現状: 現在の産業界では、工具や機械部品の表面保護と処理に重点が置かれている。しかし、最終表面仕上げ方法の進歩は遅れている。最終表面処理方法の研究開発は、主に学術機関や専門の研究室に集中している [6]。より優れた特性を実現し、新たな応用を可能にする革新的な表面仕上げ技術が開発されている。表面の前処理は、適切なコーティングの堆積を保証し、望ましい耐用年数と耐久性を達成するために不可欠である [7]。金属の加圧鋳造用工具および金型の摩耗は、主に熱疲労、研磨、浸食、および溶融金属の金型機能表面への腐食作用に起因し、表面形状の変化や溶融物の固着を引き起こす [8]。 研究の必要性: 金型表面の劣化を軽減するための潜在的な解決策として、溶融アルミニウムと接触する部品の表面処理が挙げられる。過酷な鋳造条件（熱的および化学的作用）により、金型表面は損傷を受けやすく、金型寿命は重要な懸念事項となっている。PVDコーティングの堆積に続いて、熱処理された工具のレーザー硬化は、耐性を高めるための有望なアプローチである。この方法は、コーティング前のレーザー前処理を利用して、より優れた表面接着特性を実現する [9]。ヨーロッパの自動車生産のかなりの部分を占めるスロバキア共和国の自動車産業は、より軽量で経済的、かつ環境に優しい車両に戦略的に焦点を当てている。鋼鉄部品を軽金属合金、特に費用対効果の高いダイカスト技術 [10] によって製造されたアルミニウム鋳造品に置き換えることが、重要な戦略となっている。合金特性、金型設計、および運転パラメータを含むダイカスト技術の最適化は、生産効率と鋳造品質にとって不可欠である。金型設計と技術寿命は決定的な要因であり、鋳造品質の要件と技術パラメータの許容範囲によって制限される
この記事では、[電気製鋼 (The Iron and Steel Institute of Japan)]が発行した論文「Evaluation of Soldering on Surface-Treated Specimens with both Actual Die Casting and Dipping Test into Molten Al Alloy」を紹介します。본 기사에서는 [電気製鋼 (The Iron and Steel Institute of Japan)]에서 발행한 논문 [ダイカストと溶湯浸漬による焼付きの評価]을 소개합니다. 1. 概要: 2. 概要またははじめに 本論文では、ダイカストと溶湯浸漬試験における表面被膜の焼付き挙動を調査しています。カーボナイト処理またはPVD処理を施したコアピンと丸棒試験片を評価しました。ダイカスト実験では、735℃の溶融Al合金を54 m/sの速度でコアピンに射出しました。離型剤には、水溶性エマルション型と油性型を使用しました。コアピン表面から1mm下の最高温度は475℃に達し、水溶性エマルション型離型剤は油性型よりも低い温度を示しました。18ショットのダイカスト後のコアピンの焼付きは、表面被膜や離型剤の種類に関わらずほぼ同じでした。焼付き部ではFe/Al化合物層は観察されませんでした。溶湯浸漬試験では、丸棒試験片を750℃の溶融Al合金に30秒間浸漬しました。塩浴窒化は、PVDよりも優れた耐焼付き性を示しました。結論として、ダイカストと溶湯浸漬試験における焼付き挙動は必ずしも一致しません。 論文の序論では、ダイカストにおける焼付き、すなわち金型へのアルミニウム合金（Al合金）の凝着が重要な課題であることが強調されています。ダイカスト製品の焼付きは、表面粗さや寸法精度の低下を引き起こし、重度の場合には製品の金型からの取り出しを不可能にします。したがって、焼付きの防止は、ダイカストの品質維持と安定操業に不可欠です。効果的な対策としては、（1）金型表面温度を下げること、（2）金型材とAl合金の直接接触を防ぐことの2点が挙げられます。（1）の方法には、水質管理による流量確保、高圧水噴射、および積層造形による複雑な冷却回路設計を含む内部冷却（内冷）の最適化が含まれます。（2）の方法には、離型剤被膜の適用や、酸化物または窒化物からなる硬質膜を形成するための表面処理が含まれます。溶融Al合金への浸漬試験（溶湯浸漬）は、付着したAl合金の量を視覚的に評価することにより、耐焼付き性を評価するために一般的に使用されています。この費用対効果の高い方法は、ダイカスト用途向けの表面処理を選定および開発する上で重要です。本論文では、ダイカスト試験と溶湯浸漬試験の両条件下で、さまざまな表面処理の耐焼付き性の順位を比較することを目的としています。さらに、ダイカストプロセスに固有の溶湯の流れ（湯流れ）と圧力の焼付き挙動への影響を解明することも目的としています。また、離型剤の種類が金型温度に及ぼす影響、およびその結果としての焼付き挙動への影響も調査します。 3. 研究背景: 研究トピックの背景: ダイカストにおける焼付きは、アルミニウム合金（Al合金）が金型に凝着する現象として定義されています。この凝着は、鋳造製品に表面の粗さや寸法精度の不良などの欠陥を引き起こします。重度の場合、広範囲な焼付きは鋳造品の金型からの取り出しを困難にする可能性があります。したがって、焼付きの防止は、ダイカスト製品の品質を維持し、安定したダイカスト操業を保証するために最も重要です。 既存研究の現状: 焼付きを軽減するための既存の戦略は、主に2つのアプローチに分類されます。（1）金型表面温度を下げること、（2）金型材と溶融Al合金の直接接触を防ぐことです。（1）のアプローチには、水質管理による適切な冷却材流量の確保、高圧水噴射の利用、および積層造形によって製造された複雑な冷却回路の利用などの技術を含む内部冷却（内冷）の最適化が含まれます。（2）のアプローチは、離型剤被膜の適用、および金型表面に酸化物または窒化物で構成される硬質膜を作成する表面処理に焦点を当てています。溶融Al合金への浸漬試験（溶湯浸漬）は、表面処理の耐焼付き性を評価するために広く用いられています。耐焼付き性の程度は、試験片に付着したAl合金の量を視覚的に検査することで容易に評価できます。溶湯浸漬試験は、ダイカスト用途向けの表面処理を選定するための効率的かつ費用対効果の高いスクリーニング方法として役立ちます。 研究の必要性: 溶湯浸漬試験は表面処理のスクリーニングに役立ちますが、溶湯浸漬試験で観察される焼付き挙動と実際のダイカストプロセスとの相関関係は完全には解明されていません。本研究は、ダイカスト試験条件と溶湯浸漬試験条件の両方で、さまざまな表面処理の耐焼付き性の順位を比較することにより、このギャップを埋めることを目的としています。さらに、本研究では、ダイカストプロセスに固有の溶融金属の流れ（湯流れ）と圧力の焼付き挙動への影響を調査します。また、さまざまな種類の離型剤が金型温度に及ぼす影響、およびその結果としての焼付きへの影響も調査します。 4. 研究目的と研究課題:
この記事では、UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PADOVA and AALEN HOCHSCHULE FÜR TECHNIK UND WIRTSCHAFTが発行した論文「INVESTIGATION ON THE EFFECTS OF INNOVATIVE MELT TREATMENTS ON MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL BEHAVIOUR OF DIECAST AL ALLOYS」を紹介します。 1. 概要: 2. 概要または序論 革新的で高性能な材料の研究は、多くの分野の開発において重要な役割を果たしています。材料特性を向上させるための一般的な戦略の1つは、相補的な材料を組み合わせて優れた性能を達成することであり、これは複合材料研究の根底にある原則です。金属基複合材料（MMC）は、その性能と加工の多様性から特に興味深いものです。本研究では、溶融アルミニウムに対する革新的な溶湯処理を調査し、溶融アルミニウム中に酸化アルミニウム（Al2O3）粒子をその場生成し、溶融物中に分散させて凝固金属に組み込むことを目的としています。Al2O3を強化材として使用することの二重の利点、すなわち、アルミニウム合金の硬度、強度、弾性率を向上させる機械的強化と、より微細な微細組織を得ることによって合金性能を向上させる結晶粒微細化剤としての利点について検討します。本研究では、純アルミニウムおよびAl-Cu合金に対する処理の効果を調べ、パーマネント金型鋳造と高圧ダイカスト（HPDC）の両方で試験を実施しました。HPDCプロセスは、Al、Mg、Zn基合金部品の製造に不可欠であり、特に自動車やその他の大量生産産業で用いられています。真空や半凝固金属鋳造などのHPDCにおける最近の進歩は、鋳造品質を向上させています。Al-Cu合金は、その強度と延性で知られており、析出硬化によって強化され、展伸材と鋳造材の両方で広く使用されています。しかし、熱間割れ感受性や腐食の問題も抱えています。溶湯処理は、溶融アルミニウムにアルゴンと酸素を注入し、Al2O3粒子を生成および分散させ、合金特性と微細組織を向上させることを目的としています。 3. 研究背景: 研究テーマの背景: 革新的な材料の開発は工学において重要であり、金属基複合材料（MMC）は、その強化された特性と多様な加工性により、ますます重要性を増しています。アルミニウム合金、特にAl-Cu合金は、展伸材と鋳造材の両方で不可欠であり、高い強度と靭性を提供します。高圧ダイカスト（HPDC）は、Al、Mg、Zn基合金部品の製造に不可欠なプロセスであり、特に自動車産業やその他の大量生産産業で広く用いられています。ダイカストアルミニウム合金の機械的特性を向上させ、欠陥を低減することは、現在も研究が進められている分野です。 既存研究の現状: 材料科学における既存の研究は、複合材料における材料の組み合わせなどの手法を通じて材料特性を向上させることに焦点を当てています。金属基複合材料、特にAl2O3のようなセラミック相で強化されたものは、強度、硬度、高温性能の向上について十分に文書化されています。先行研究では、インサイチュ法およびエクスサイチュ法で製造されたAl2O3強化MMCが検討されています。また、Al2O3粒子はAl-Cu合金において結晶粒微細化剤として作用し、熱間割れを低減する可能性があることも研究で示されています。真空アシストHPDCや半凝固HPDCなどのHPDCの革新は、欠陥を低減し、部品品質を向上させることを目的としています。しかし、金属マトリックス中にナノスケールの強化材を生成および分散させるための費用対効果が高く、工業的に拡張可能な方法の開発には課題が残っています。 研究の必要性: HPDCとAl-Cu合金の進歩にもかかわらず、熱間割れ感受性、多孔性、耐食性などの限界が依然として存在します。機械的特性が向上した金属マトリックスナノコンポジット（MMNC）を製造し、低い破壊靭性や被削性などの限界を克服することが重要な研究分野となっています。既存のMMC製造法の多くは、費用がかかり、従来の製造環境での使用が複雑です。ダイカストアルミニウム合金の特性を向上させるための、費用対効果の高い効果的な方法、特に強度を向上させ、微細組織を微細化し、HPDCのようなプロセスにおける熱間割れ感受性を低減する可能性のあるAl2O3のような強化粒子のその場生成と分散が求められています。本研究は、より要求の厳しい構造用途に適したダイカストアルミニウム合金の性能を向上させるための、革新的で費用対効果の高い溶湯処理の必要性に取り組むものです。 4. 研究目的と研究課題: 研究目的: 主な研究目的は、溶融アルミニウム中にAl2O3粒子をその場生成する革新的な溶湯処理の実現可能性を調査し、この処理がダイカストアルミニウム合金の微細組織と機械的挙動に及ぼす影響を評価することです。これには、生成されたAl2O3粒子が凝固金属中に保持されるかどうか、およびそれらが機械的特性にどのように影響するかを評価することが含まれます。 主な研究内容: 5. 研究方法 研究デザイン: 本研究では、革新的な溶湯処理がアルミニウム合金に及ぼす影響を評価するために実験計画法を採用しました。溶湯処理は、攪拌しながら溶融アルミニウムにアルゴンと酸素ガス混合物を注入することからなります。実験は、誘導炉と脱ガスユニットを用いた小規模および大規模のセットアップで実施されました。処理時間、ガス流量、インペラーサイズ、および鋳造方法（パーマネント金型およびHPDC）を系統的に変化させ、それらの影響を評価しました。 データ収集方法: 分析方法: 研究対象と範囲: 研究対象は、4種類のアルミニウム合金でした。 研究の範囲は以下を含みます。
