金属に炭素繊維を半含浸させた金属-樹脂系複合材料の高強度接合手法実現と力学的評価

金属半浸渍碳纤维的金属-树脂复合材料高强度粘合方法的实现及力学评价

基本信息

批准号：
20K14611
负责人：
金崎真人
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Okayama Prefectural University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本申請では、金属に直接繊維を導入し、同時にその金属表面から露出させることで繊維に直接金属-PMC間の荷重を伝達させることにより、異種材接合の解決を試みる提案をした。初年度はCF織物片面へのAlBO導入条件や溶融金属含浸条件を模索し、CFを半含浸した金属板を作製する。その上にPMCを成形することで繊維強化異種材接合構造を持つ試験片を作製することを目標とした。初年度では、繊維強化異種材接合構造を持つ試験片の作製には至っていなかった。そこで第2年度では金属への濡れ性改善を目的とし、織物の材料の種類をCF、ガラス繊維（GF）、Al2O3繊維（Al2O3）の3種類を検討するとともに、不織布形状と平織形状を検討した。また、金属もアルミニウム合金（Al）だけでなく、マグネシウム合金（Mg）を準備した。これら繊維とその織形態、金属を網羅的に組み合わせ、アルゴンガスで不活性雰囲気にしたマッフル炉にて加熱し、繊維への金属の含浸状態を比較した。この結果、MgはGF、Al2O3へ織形態を問わず自然含浸した。純Alについては、CFへの含浸は困難であるが、GFおよびAl2O3については酸化を抑制できれば含浸できる可能性が示された。第3年度では、第2年度で作製したGFおよびAl2O3に対してMgならびにAlを含浸させた複合体の界面近傍の元素分析を実施した。この結果、強化繊維と溶湯間に化学反応が起きていることが示唆され、良好な海面が得られている可能性が示唆された。また、弊学の所有するMgの射出成形機を利用した複合体作製を実施するために、金型内の溶湯の流動のシミュレーションを行い、流速と金型形状の関係について検討を行った。この結果、型内の流動が高速で配置した繊維を乱し、目的の半含浸混合物が得られない可能性が示唆された。

在此应用中，我们提议通过将纤维直接引入金属并同时将其从金属表面直接暴露于纤维来解决不同材料的粘结，以直接将其传递到金属和PMC之间。在第一年，寻求将ALBO引入CF织物的一侧的条件，并寻求浸渍熔融金属的条件，并生产了用CF半浸渍的金属板。目的是通过将PMC塑造出纤维增强的材料粘合结构，并在此生产纤维增强的材料结合结构。在第一年，没有产生带有纤维增强材料粘结结构的标本。因此，在2017财年，为了改善金属的润湿性，我们检查了三种类型的编织织物材料：CF，玻璃纤维（GF）和AL2O3纤维（AL2O3），以及非编织的织物形状和普通的织物形状。此外，不仅制备了铝合金（Al），而且还制备了镁合金（MG）。这些纤维，它们的编织形式和金属是全面组合的，并在惰性气氛中加热的带有氩气的炉子中加热，并比较了纤维的浸渍状态。结果，无论编织形式如何，MG自然浸渍了GF和AL2O3。对于纯Al，很难用CF浸没，但是已经表明，如果可以抑制氧化，则可以将GF和AL2O3浸渍。在第3财年中，在2013财年制备的GF和Al2O3浸渍的配合物的界面附近进行了元素分析。这表明可以获得良好的海平面，这表明可以获得增强纤维和熔融金属之间的化学反应。此外，为了使用科学拥有的MG注入成型机制造复合材料，我们对模具中熔融金属的流动进行了模拟，并检查了流速和霉菌形状之间的关系。这表明模具内的流量可能会破坏高速放置的纤维，并且可能无法获得所需的半浸渍混合物。