芝浦工大、軽金属材料の強度・耐食性同時に付与、水蒸気プロセス開発

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 芝浦工業大学工学部材料工学科の芹沢愛准教授らの研究グループは、軽金属材料の高強度化と高耐食化を同時に実現する水蒸気プロセスを開発した。材料を高圧・中低温の水蒸気下にさらすもので、一般的にトレードオフ関係にある強度と耐食性を同時に向上できるプロセスは世界初。1工程で時効析出現象による強度アップと材料表面への被膜形成による耐食性付与を可能としており、アルミ合金を使った評価試験で孔食による電流密度を100分の1、硬さを2倍以上にできることを確認している。同研究グループでは自動車材料をはじめ熱交喚器、大型部材など向けに実用化を目指す。

 世界的に進むCO2排出削減の取り組みを背景に、アルミニウムやマグネシウムなどの軽金属材料の採用が広がっている。新車開発では鉄や樹脂との組み合わせによるマルチマテリアル化が本格化しており、これら軽金属材料には鉄鋼に匹敵する強度や外板にも使用可能な耐食性が求められている。しかし、これまでは高強度化と高耐食化を同時に両立するプロセスがなく、耐食性を担保するために構造材料として利用できる素材が限られていた。また、既存の表面処理技術は前処理を必要としており、高環境負荷やコスト面で課題がある。
 新開発の水蒸気プロセスは、オートクレーブを使い金属表面に緻密な耐食性被膜を成長させる技術。研磨や洗浄といった前処理が不要であり、水酸化被膜とナノスケールの層状複水酸化物(LDH)からなる微細かつ緻密な結晶を均一に形成できるほか、LDHのアニオン交換能が塩素イオンを捕捉することで腐食速度が低減するため耐食性の大幅な向上が可能となる。同時に母材内部では水蒸気によりベーマイトなどの析出現象が誘起され、ミクロ組織の変化により通常の時効処理に匹敵する高強度化を実現する。
 プロセス条件の最適化により、さまざまなアルミニウム合金やマグネシウム合金などに適用できる汎用性を備えるほか、表面形態はプロセス条件によりコントロールできることからが樹脂との接合のためのアンカー効果としての可能性を有する。研究グループでは、強度・耐食性の要求が高い自動車材料では押出材やパイプ部材などへの適用を見込んでいるほか、放熱面積が大きく複雑な形状をしている熱交換器や化学品などを使用しないことから大型部材などで導入効果が高いとみている。
 今後、同プロセスの実用化を目指して自動車材料や熱交喚器などのメーカーとの共同開発を推進していく計画。

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このページは、web staffが2017年7月14日 13:57に書いたブログ記事です。

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