この紹介資料は、「ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING」に掲載された論文「Anodization of cast aluminium alloys produced by different casting methods」に基づいています。 1. 概要： 2. アブストラクト (Abstract)： 本稿では、AlSi12およびAlSi9Cu3アルミニウム鋳造合金のアノード酸化に対する、砂型鋳造と高圧鋳造という2つの鋳造法の有用性を調査した。電解液組成、温度、電流タイプ、電流値などの定義されたアノード酸化パラメータを用いて、陽極酸化アルミナ表面層を生成した。選択したアルミニウム鋳造合金のアノード酸化後の陽極酸化層の品質、寸法、特性を調査した。アルミナ層は光学顕微鏡を用いて観察し、機械的特性も測定し、摩耗試験はABR-8251装置を用いて行った。研究には、アルミニウム鋳物に得られた陽極酸化層の化学組成、形状、粗さの影響分析が含まれた。実施された調査は、今後の研究分野、特にアルミニウム鋳造合金のアノード酸化プロセスの最適化の方向性を示している。例えば、建築構造物、電子部品、航空および自動車産業の構造部品などの過酷な環境での用途を増やすために、元素の耐食性を向上させ、適切な陽極表面層を得る範囲などである。 3. 導入 (Introduction)： 環境条件下では、アルミニウム部品の表面は自然に薄いアルミナAl2O3層で覆われる。この層の厚さは、材料、環境、暴露時間に応じて数十ナノメートル程度である。適切なアノード酸化技術を選択することにより、層の厚さを数マイクロメートルの値まで増加させることができる。この方法を用いると、表面は塩水、酸性溶液、外部からの機械的影響などの環境要因に対してより高い耐性を持つようになる。アノード酸化はアルミニウム合金部品の腐食保護に一般的に使用されており、そのため陽極表面層の特性と品質を決定するためのISO 7599やDIN 17611などの国際規格が存在する。材料工学の進歩により、構造材料と工具材料の両方に関して、金属材料の強度に関する問題を満足に解決することが可能になった。近年、様々な産業分野でのアルミニウム合金の使用が継続的に増加しており、アルミニウムおよびその合金、アルミニウムマトリックス複合材料の製造技術の開発が多くの科学機関で観察されている[6-9]。陽極酸化層は、アルミニウム電子部品、家庭用品、器具部品、庭園家具、観光およびスポーツ用品、自動車付属品、アルミニウム建具の要素に適用され、保護的および装飾的な機能を持つ。酸化物層はコンデンサの電極用アルミニウム箔にも生成される。硬質陽極酸化層は航空および自動車産業に適用できる[10-12]。しかし、陰極部位として作用する銅の金属間化合物の存在は、銅含有アルミニウム合金を腐食攻撃に対してより脆弱にする。高い銅含有量は、アルミニウム合金をアノード酸化するのが最も困難な合金の一つにする。厚い陽極酸化皮膜の生成は硬質アノード酸化条件下でのみ可能であるが、この合金は局所的な焼損（バーニング）を起こしやすい。厚い多孔質酸化物が生成される際、Al-Cu合金のアノード酸化プロセス中に酸素発生による皮膜割れも観察される。この合金の特有の特徴は、合金/皮膜界面に比較的狭い銅濃化領域が形成された後、アノード酸化中に銅の酸化が起こることである。これは皮膜形成中の電流効率の低下をもたらす。この低下は、銅リッチ領域上での酸素発生にも起因しており、確立された銅腐食抑制剤が電流効率を改善するために使用されてきた[13-16]。 4. 研究の概要 (Summary of the study)： 研究テーマの背景 (Background of the research topic)： アノード酸化はアルミニウム合金の重要な表面処理であり、耐食性と耐摩耗性を向上させる。結果として得られる陽極酸化層の特性は、合金組成、その製造プロセス（鋳造法）、およびアノード酸化パラメータに依存する。合金中の銅含有量はアノード酸化プロセスを複雑にする可能性がある。 従来の研究状況 (Status of previous research)： アノード酸化は、既存の国際規格と既知の用途を持つ、確立されたプロセスである。これまでの研究では、合金の種類、アノード酸化パラメータ（電解液、電流、温度）の影響、および特定の合金組成（例：高銅含有量）に関連する課題が、結果として得られる陽極酸化層の特性と形成メカニズムに及ぼす影響が調査されてきた[1-16]。 研究の目的 (Purpose of the study)： AlSi12およびAlSi9Cu3アルミニウム鋳造合金のアノード酸化に対して、砂型鋳造と高圧ダイカストという2つの異なる鋳造法の有用性を調査すること。本研究は、形成されたアルミナ層の構造と厚さを調べ、鋳造法が結果として得られる陽極酸化層に及ぼす影響を比較することを目的とした。 中核となる研究 (Core study)： 2つのアルミニウム合金、EN AC-AlSi12(b)およびEN
本紹介資料は、「[The Eurasia Proceedings of Science, Technology, Engineering & Mathematics (EPSTEM)]」によって発行された論文「[New Trends in Aluminum Die Casting Alloys for Automotive Applications]」に基づいています。 1. 概要： 2. 抄録 (Abstract): 生態系のバランスを保つため、燃料消費を削減するための新しい技術が開発されています。これらの新技術の中で、アルミニウムやマグネシウムなどの軽合金の使用は、自動車用途において非常に重要性を増しています。軽量性、リサイクル性、機械加工性、耐食性といったアルミニウム合金の利点は、これらの合金の適用分野を拡大させました。これらのアルミニウム合金の特性により、燃料節約型の軽量材料選択は自動車部品にとって重要な役割を果たします。アルミニウムの用途は、自動車だけでなく、航空宇宙、スペースシャトル、船舶、防衛用途にも広がっています。製造方法によると、アルミニウム合金は一般的に鋳造、圧延、鍛造、押出に分類されます。アルミニウムダイカスト合金は、一般的にサスペンションシステム、エンジン、ギア部品の製造に使用されます。しかし、アルミニウム鋳造技術の発展に伴い、アルミニウムダイカスト法によって複数のボディ部品を一体で製造することが可能になりました。特に電気自動車においては、アルミニウムダイカスト部品の数が増加すると予測されています。本研究では、自動車産業におけるアルミニウムダイカスト合金使用の重要性を強調します。アルミニウムダイカスト合金開発に関するこれまでの研究と動向も要約します。 3. 序論 (Introduction): 近年、軽量材料の使用による重量削減は、燃費向上と有害排出物削減において重要な役割を果たしています。自動車用途向けの軽量構造設計によるCO2排出削減の重要性は、中強度アルミニウム合金の使用増加につながりました(Taub et al, 2007)。鋼部品を高強度アルミニウム合金に置き換えることは、軽量化のための自動車産業の注目点となりました(Baser, 2012)。アルミニウムは、地球上で供給可能な2番目の金属元素と見なすことができます。今日の産業において鋼鉄に次いで最も使用される材料です。アルミニウム合金は、その軽量性、低密度、良好な成形性、高い耐食性の特性により広く好まれています(Cuniberti et al, 2010)。 過去10年間の省エネルギーに関する研究は、軽量で経済的な車両の生産が燃料消費削減に重要な役割を果たすことを明らかにしています。アルミニウム合金は、乗用車、バス、主に列車、さらには船舶用途の建造物にも広く好まれています(Zeytin, 2000)。実際、アルミニウム合金は航空・防衛産業で長年使用されてきました。航空・防衛用途で見られた利点により、自動車産業へのアルミニウムの適用が始まりました。 4. 研究の要約 (Summary of the study): 研究テーマの背景 (Background of the research topic): 生態系のバランスと燃料消費削減の必要性が、新しい自動車技術の開発を推進し、アルミニウムのような軽合金の使用を強調しています。アルミニウム固有の利点（軽量性、リサイクル性、機械加工性、耐食性）は、自動車部品だけでなく、航空宇宙、船舶、防衛分野における燃料節約型の軽量材料選択にとって重要です。アルミニウム合金は鋳造、圧延、鍛造、押出によって製造され、ダイカストはサスペンションシステム、エンジン、ギア部品に一般的に使用されます。発展する鋳造技術は、特に電気自動車（EV）に関連する大型の一体型ボディ部品の生産を可能にしています。 先行研究の状況 (Status of previous
This paper introduction was written based on the [‘Increasing the lifespan of high-pressure die cast molds subjected to severe wear’] published by [‘Surface & Coatings Technology’]. 1. 概要: 2. 概要または序論 自動車部品への複合材料の組み込みが増加しているにもかかわらず、高圧ダイカストは依然として複雑な形状の自動車部品を費用対効果の高い方法で得るための最も有用な製造技術の1つです。自動車産業は高い生産ケイデンスと高品質の製品を必要とすることは周知の事実です。したがって、生産と管理のあらゆる側面を最適化するための体系的なアプローチが常に取られています。 燃料ポンプ本体、スロットルボディ、EGRバルブ、サポートブラケットなど、自動車部品に一般的に使用されるアルミニウム合金には、通常、高い研磨性を示すシリコンが含まれています。高温および高速でのアルミニウムの流れは、摩耗、時にはアブレージョンとエロージョン効果の組み合わせにより、深刻な摩耗を引き起こします。 本研究では、典型的な深刻な摩耗問題のある2つの金型を選択し、関連する摩耗メカニズムを詳細に調査しました。その後、この目的に最適なコーティングを慎重に選択し、コーティング適用による有効な利点を試験するために金型の最も重要な部分のいくつかをコーティングし、耐摩耗挙動と関連する摩耗メカニズムを分析しました。並行して、実験室試験と工業試験の間に相関関係を描けるかどうかを調査するために、トライボロジー試験も実施しました。走査型電子顕微鏡（SEM）とエネルギー分散型分光法（EDS）を積極的に使用して、コーティングと観察された摩耗メカニズムを特性評価しました。実験室トライボロジー試験では、それぞれ接触部に低荷重と中荷重を課すことを試みるボールスキャッタリング試験とブロックオンリング試験を実施しました。有望な結果が得られ、特定のコーティングがこの応用分野で他のコーティングよりも優れた挙動を示すと結論付けることができました。 3. 研究背景: 研究トピックの背景: 自動車部品への複合材料の組み込みが増加しているにもかかわらず、高圧ダイカストは依然として複雑な形状の自動車部品を費用対効果の高い方法で得るための最も有用な製造技術の1つです。しかし、これらの部品を製造するために使用される金型は、高圧、急速な温度変動、および高速で移動する溶融金属からのエロージョンなどの非常に厳しい条件に常にさらされています。高圧ダイカストプロセスでは、ショットスリーブの充填、高速キャビティ充填、補助的な高圧の適用、冷却と凝固、金型開閉と部品の突き出し、金型冷却、および新しい射出サイクルに対応する潤滑という手順が考えられます[1]。通常の溶融金属の投入速度は20〜60 m/sであり、アルミニウム合金の種類に応じて温度は約700℃です[2]。これらの金型のメンテナンスまたは交換には多大なコストがかかり、製造業者は寿命を延ばすための最良の解決策を見つける必要があります。工業環境および作業条件は、エロージョン、腐食、摩耗、熱疲労などの熱間工具鋼のいくつかの破損メカニズムを誘発する能力を高めます[3]。 既存研究の現状: 近年、さまざまなタイプの破損メカニズムを理解するためにいくつかの研究が行われてきました[2, 4-7]。ダイへのアルミニウム射出は、アルミニウムはんだ付けメカニズムにより、最も過酷なプロセスの1つです。溶融アルミニウムは金型表面と化学反応を起こし、アルミニウムダイカストの破損メカニズムにつながります[4, 8]。このため、金型寿命を短縮するメカニズムを防ぐためのコーティングを構築するために、多くの研究が行われてきました[1, 3, 9-16]。セラミックコーティングは、通常、特定の破損メカニズム、特にヒートチェックの発生を回避するために使用されます。ただし、他のコーティングも金型寿命の改善に貢献する可能性があり、コストはこの種の用途で最も重要な要素ではない可能性があります[11]。 1997年、Wang [14]は、当時の現在のコーティング、すなわちTiN、TiAlN、CrNについて、さまざまな熱間工具鋼とマレージング鋼を使用して、溶融アルミニウム腐食、靭性抵抗、硬度、熱変化などのさまざまな側面を分析し、コーティングが金型寿命をどのように改善できるかについて広範な研究を発表しました。この研究により、TiNは酸化温度が低いため適切なソリューションではないことがわかり、H13またはMarlok鋼は、コーティングされている場合、高圧射出成形に考慮でき、特に衝撃靭性と腐食およびエロージョン挙動の改善が望ましい場合に考慮できると結論付けています。この研究はParkとKim [16]によって裏付けられており、彼らはTiNが500℃で酸化し始め、他の研究されたコーティング（TiAlNとTiSiN）は700℃までの酸化抵抗がはるかに優れていると結論付けています。さらに、TiNは600℃を超える温度で解離する傾向があることは周知の事実です[17, 18]。これらの最後のコーティングは優れた機械的特性も示しましたが、TiSiNは中温に適しており、TiAlNコーティングは高温に最適です。しかし、Dobrzanskiら[10]が行った試験では、TiNコーティングは、室温での同じピンオンディスク試験条件下で、X37CrMoV5-1型熱間工具鋼よりも5倍優れた耐摩耗性を達成することがわかりました。また、500℃で行われた同じ試験でも同様でした。Tentardiniら[8]も、アルミニウムダイカストに関して同じTiNおよびCrNコーティングを使用して同様の研究を実施しましたが、今回はH13鋼とAnviloy® 1150を基板として使用しました。これらの研究者は、CrNコーティングが鋳造プロセスにおけるアルミニウム合金とのはんだ付けメカニズムに関してTiNコーティングよりも優れた挙動を示すことを発見しました。さらに、Guziliaら[1]もはんだ付け現象を調査し、TiN、CrN、TiCnコーティングを使用すると、アルミニウム合金と鋼金型の間のはんだ付けを回避でき、鋳造アルミニウム合金の堆積層を観察できると結論付けました。これにより、金型への損傷が軽減され、急速な劣化が回避されます。これは、コーティングが溶融アルミニウムと金型鋼表面間の反応を防ぐ物理的バリアとして機能するためです。さらに、Heimら[12]もアルミニウムダイカストにおけるはんだ付け現象を研究し、TiN、TiCN、TiBN、TiAlCNなどのコーティングもその厄介な問題を防止すると結論付けています。 同じコーティングに基づいて、いくつかの新しいコーティングアーキテクチャがテストされており、具体的には多層コーティング[19]を使用しています。異なる層は、熱バリア（外層–希土類酸化物コーティング）、拡散バリア（中間層–TiAlNコーティング）、薄い接着層（内層Tiコーティング）など、異なる役割を担うことを意図しています。このようにして、基板の熱疲労抵抗は大幅に向上し、液体アルミニウムを使用した4000回の熱サイクル後に観察できます。同様のアプローチはBobzinら[20]によって実施され、AISI H11鋼基板上で多層CrN/AlN/Al2O3コーティングをテストし、Al2O3を最上層としています。また、2つの工業用コーティングが、アルミニウムダイカストマシンでの5884回のアルミニウムショットを含む、同じ試験条件下でその研究で使用されました。CrN/AlN/Al2O3は、他のコーティングと比較して興味深い挙動を示し、金型寿命を大幅に改善しました。コーティングの相変態は、金型内で到達した温度に起因すると報告されています。ただし、わずかに異なるアプローチもMuller [15]によって研究されており、彼は金型表面のプラズマ窒化前処理を使用し、続いてTiBN、CrN、W-C:H膜などのPVDまたはPACVDコーティングを使用し、プラズマ窒化前処理が表面マクロ硬度と臨界荷重を同じPVDまたはPACVDコーティングを施した表面に対して相対的に改善すると結論付けています。一方、Rodríguez-Baracaldo [21]は、窒化前処理と（Ti0.7Al0.3）Nコーティングの組み合わせを研究し、2つの窒化前処理鋼と（Ti0.6Al0.4）Nコーティングのみを提供した他の鋼と比較し、室温および高温（600℃）で摩耗試験を実施しました。室温では摩耗挙動に有意差は見られませんでしたが、高温ではそうではなく、窒化前処理鋼は（Ti0.6Al0.4）Nコーティングを提供し、最良の耐摩耗挙動を示し、（Ti0.6Al0.4）Nコーティングでコーティングされた前処理鋼および非前処理鋼と比較して、最後に最悪の耐摩耗挙動を示しました。また、Tomaslewskiら[22]によって異なるアプローチが調査され、AISI M2相当の高速鋼を基板として使用して、MoとTiAlNを共堆積させました。得られた準多層膜はTiAlN/(TiAl)1-x –
