Tag Archives: STP

高圧ダイカストA365の界面近傍微細組織変化：鋳造からコールドスプレーおよび熱処理条件まで

本稿は、「Metals」誌に掲載された論文「Subsurface Microstructural Evolution of High-Pressure Diecast A365: From Cast to Cold-Sprayed and Heat-Treated Conditions」に基づいています。 1. 概要: 2. アブストラクト: 本研究では、拡散駆動型熱後処理と組み合わせたコールドスプレー堆積法を表面改質プロセスとして検討し、費用対効果が高く一般的なアルミニウム合金鋳物の界面近傍の微細組織、微小機械的特性、および微小化学的特性の改善を目指します。本研究は、コールドスプレーによって誘起される高圧ダイカストアルミニウムの界面近傍特性の発展と進化、および表面改質に関する探索的調査であったため、重要な目的の一つは、費用対効果の高い代替材料からプレミアムアルミニウム合金特性を達成するためのこのようなアプローチの継続的な検討のための一連の基礎的な観察結果を形式化することでした。費用対効果の高い高圧ダイカストA365システムの界面近傍領域に、ニッケル、銅、およびチタンのコールドスプレー改質を検討しました。3つの純金属コーティングのそれぞれについて、界面近傍、界面下、および表面の進化が記録されました。分析は、2つの後処理コーティング-基板原子拡散に触発された熱処理条件でも継続されました。エネルギー分散型X線分光法、電界放出型走査電子顕微鏡、光学顕微鏡、および関連するコールドスプレー文献の独自の文脈化から得られた様々な洞察を用いて、注目すべき結果が記録され議論されました。銅供給材料を熱後処理とともに使用した場合、多様な表面ベースの金属間化合物がエキゾチックな拡散ゾーンおよび著しく酸化された領域とともに形成され、熱的に活性化された銅コールドスプレー凝固物は今後の研究から除外されました。しかし、ニッケルとチタンの両方のコールドスプレー表面改質処理は、正しい処理段階が直接的かつ時系列的に実行されれば、可能性と将来性を示しました。その結果、費用対効果の高い合金化アルミニウム鋳物のコールドスプレー表面微細組織および特性改質に関するさらなる研究のためのプラットフォームが提示されます。 3. 緒言: コールドガスダイナミックスプレー（CGDS）、または略してコールドスプレーは、粒子状の供給材料が加熱されたキャリアガス流によって輸送され、ド・ラバルノズルを出て基板に超音速で衝突することによって材料を固化・堆積させる固相材料処理技術です[1]。CGDS処理は、独自の用途特有の特性を持つコーティングを実現するためのツールとして最初に概念化されました[2]。1980年代にソビエト連邦でCGDS処理が偶然発見された後、この固相技術プロセスは再製造および修理[3]分野、ならびに積層造形（AM）コミュニティ[4]に採用されました。超音速で加速された粒子は、高いひずみ速度で基板上に堆積され、厚さまたは形状が達成されるまで層ごとに材料を固化させます[5]。したがって、CGDS処理および材料固化の成功は、粒子-基板および粒子-粒子間の冶金学的および機械的結合に依存します。本研究は、自動車産業で一般的に使用される費用対効果の高い高圧ダイカスト（HPDC）A365アルミニウム合金の、破壊または衝撃靭性および強度に関する界面近傍特性を、基板材料の元の表面状態と比較して改善するための潜在的に適切な経路として、CGDSベースの材料表面改質処理の検査に対する予備的かつ探索的なアプローチを取りました。この研究は、A201などのプレミアムアルミニウム合金に通常関連する改善された機械的特性、すなわち特性を達成する費用対効果の高い鋳造部品を製造しようとするアルミニウム自動車産業によって動機付けられました。本研究は、利用される表面改質方法の関数として、一般的な鋳造可能なアルミニウム合金とその用途特有の性能にその後リンクできる構造-処理-特性の洞察を自動車材料および材料加工エンジニアに提供することを目的としています。 4. 研究の概要: 研究トピックの背景: 自動車産業は、改善された機械的特性を持つ費用対効果の高い鋳造部品を求めています。A201などのプレミアムアルミニウム合金は、優れた靭性と高温特性を提供しますが、高価で加工が困難です。A356、A365、E357などの一般的な合金の高度な化学的または機械的表面改質は、高度な製造ソリューションとして機能します。本稿全体を通して注目されるように、A365はアルミニウム鋳造所での普及により、本研究で関連する高圧ダイカスト（HPDC）アルミニウム合金として選択されました。CGDSは、強化剤または強靭化剤をターゲット基板または母材に堆積させるための有望な技術です。 従来の研究状況: 歴史的に、CGDSの熱後処理作業は、自己相似的な基板と供給材料の組み合わせで行われ、熱処理の最適化を簡素化してきました。例えば、Rokniら[14]は、Al 7075について研究しました。熱後処理は、堆積した材料の性能を向上させる手段として依然として非常に貴重です。CGDSを介して互いに付着した多材料システムから生じる独自の特性を適切に理解するには、さまざまな供給材料-基板材料の組み合わせについて、はるかに多くの研究開発を探求する必要があります。Rokniら[15]は、Al 7075-T6基板に噴霧されたAl 7075供給材料粒子について、熱後処理によって誘起される関係を再検討し記録しました。以前の研究では、CGDSが、選択された粉末-基板材料の組み合わせについて、CGDS処理からのバルク材料基板システムにおいて、とりわけ耐衝撃性および破壊靭性を改善できることも示されています。Jafarlouら[16]は、薄いクロムカーバイドおよびニッケルコーティングのCGDSベースの凝固と組み合わせた熱処理により、AM 15-5析出硬化型ステンレス鋼の機械的特性が改善されることを実証しました。さらに、Yangら[17]は、Al 5052およびその他のAlベースのコーティングのCGDS凝固が、鋼ベースの基板の「疲労亀裂伝播性能」を向上させることを明らかにしました。疲労または衝撃挙動の改善、耐摩耗性[18]、トライボロジー性能[19]、硬度[20]、および耐食性[21]の向上も、ターゲット基板試料に堆積された適切に設計および処理されたCGDS凝固物からすべて得られます。Huangら[22]による研究は、改善された耐摩耗性および耐食性、室温延性、および「良好な振動減衰特性」の間の仮説的なバランスを示しました。 研究の目的: 本研究は、HPDC A365アルミニウム合金のCGDSベースの材料表面改質処理の予備的かつ探索的なアプローチを取りました。銅、ニッケル、チタンをコールドスプレーコーティング材料として検討し、界面近傍、界面下、および表面の進化を、CGDS堆積およびその後の熱後処理（溶体化処理およびT6熱処理）の関数として記録しました。この研究は、CGDSコーティングと熱後処理がコーティング-基板の局所的な微細組織および微小化学的特性に及ぼす実際的な影響に関するさらなる研究のためのプラットフォームを提供することを目的としました。また、費用対効果の高い代替材料からプレミアムアルミニウム合金特性を達成するためのこのようなアプローチの継続的な検討のための一連の基礎的な観察結果を形式化することも目指しました。 核心的研究: 本研究の核心は、HPDC A365アルミニウム合金基板に純粋な銅、ニッケル、およびチタンの供給材料粉末をCGDSを用いて堆積させることでした。その後、コーティングされた試料を熱後処理（500°Cで80分間の溶体化処理、およびその後のT6熱処理：24時間の自然室温時効、続いて170°Cで150分間の人工時効）に供しました。A365基板の界面近傍および界面下領域、ならびにコーティング-基板界面における微細組織および微小化学的進化を、光学顕微鏡、電界放出型走査電子顕微鏡（FESEM）、およびエネルギー分散型X線分光法（EDS）を用いて特性評価しました。 5. 研究方法論 研究デザイン: 本研究は探索的研究として設計されました。HPDC A365アルミニウム合金（組成はTable 1参照）を基板材料として使用しました。3つの純金属供給材料（銅、ニッケル、チタン）をCGDSコーティング用に選択しました。電気めっき、無電解めっき、溶融亜鉛めっき、およびCGDSの方法が検討され、CGDSがコーティングの連続性と実験室規模の製造再現性の点で最良であると判断されました。コーティングは基板試料の2つの広い面に堆積されました。堆積後、試料は拡散を促進し、微細組織の変化を観察するために溶体化処理およびT6熱処理を受けました。コーティングされていないA365試料も参照として処理されました。 データ収集・分析方法: 研究トピックと範囲: 本研究は、銅、ニッケル、またはチタンによるCGDS表面改質とそれに続く熱処理を受けたHPDC A365アルミニウム合金の表面および界面下の微細組織および微小化学的発達と進化に焦点を当てました。主なトピックは次のとおりです。 6. 主な結果: 主な結果: 鋳放しおよびCGDS処理（熱処理前）： 溶体化熱処理試料 (Figure

Read More