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摩擦攪拌接合による水に浮く発泡アルミニウムの開発

○群馬大学 大学院理工学府 知能機械創製部門

准教授 半谷 禎彦

【概要】

・ポーラス金属による “超軽量” な素材を実現

・摩擦発熱現象を利用した “低コスト・省エネ” 作製プロセス

・ポーラス金属をコアとしたサンドイッチパネルの “金属接合” を実現

【技術の特徴】

・緻密材と比較して，１／５～１／１０の超軽量化が可能

・傾斜機能化・サンドイッチパネル化などの高機能化が可能

【想定される用途】

・自動車・航空宇宙関係・鉄道関係の軽量・衝撃吸収・制振・遮熱部材

・建材

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摩擦攪拌接合を用いたポーラス作製

摩擦攪拌接合（FSW）

・単純プロセス・高速プロセス・高エネルギー効率・生産環境クリーン

Al板材の利用

・一般に流通・安価・種々の特性が

得られる

切断 加熱

プリカーサ ポーラスAl

発泡剤

Al板

3

ダイカストを用いた発泡剤フリー化

4

5

鉄プレート

ポーラスアルミ

アルミプレート

ポーラスアルミ

サンドイッチパネル

6

A1050 Plate

SPCC Plate

FSP

サンドイッチパネル

Tool

Probe

加熱

TiH2 ：0.05,0.1, 0.2, 0.6, 1.0 mass%

Al2O3：5 mass%

①

Precursor

②

③ ④

機械加工

回転数：2200 rpm ， 送り速度：100 mm/min押込み量：鋼板に対して0.2 mm走査方法：マルチパス法（7列1往復）

保持温度：730℃保持時間：任意の時間

Jig

サンドイッチパネル

7

0

5

10

15

20

40 50 60 70 80 90

Tens

ile st

reng

th , σ t

(MPa

)

Porosity , p(%)

ポーラスAl部の強度 ＜ 接合界面強度→接合界面への薄肉化の影響なし

Face plate thickness:1 mmFace plate thickness:3 mm

5 mm

p = 70.6 % p = 69.2 %

サンドイッチパネル

8

ポーラスAl充填パイプ

9

ポーラスAl充填パイプ

Hangai Y., et al., Materials 7 (2014) pp.6796-6810.

SUS304パイプ

プリカーサ ポーラスAl

摩擦攪拌

加熱

ADC12プリカーサ

ツール

ジグ

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ポーラスAl充填パイプ

Hangai Y., et al., Materials 7 (2014) pp.6796-6810.

5 mmSUS304

ADC12

5 mm

プリカーサ 発泡後

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内部発泡によるポーラスAlコア充填パイプの作製結果

5 mm

Porous Al

Heating

PrecursorPipe

SUS304 ADC12

Hangai Y., et al., Materials 7 (2014) pp.6796-6810.

ポーラスAl充填パイプ

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ポーラスAl充填パイプ

Hangai Y., et al., Materials 7 (2014) pp.6796-6810.

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ポーラスAl充填パイプ

Hangai Y., et al., Materials 7 (2014) pp.6796-6810.

Compression strain, ε (%)

Com

press

ion s

tress

, σ

/ M

Pa

p = 83.3 %

p = 85.9 %

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サンドイッチパネル・ポーラスコアパイプ

水に浮くサンドイッチパネルとポーラスコアパイプ

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(1) (2)発泡剤 発泡剤

A1050純Al A6061Al合金

切断

加熱

プリカーサ

1 往復

(3) (4)

傾斜機能ポーラスAl

Hangai Y., et al., Mater Sci Eng A 613 (2014) pp.163-170.

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0

20

40

60

80

100

0 20 40 60 80

Com

pres

sion

stre

ss, σ

/ MPa

Compression strain, ε (%)

FG foam

A1050

A6061

気孔率 p = 80.4 %

A1050

A6061

A1050プラトー領域

A6061プラトー領域

傾斜機能ポーラスAl

傾斜機能ポーラスAl (p = 80.4%)

A1050単一ポーラスAl (p = 80.2%, 補正)

A6061単一ポーラスAl (p = 79.1%, 補正)

Hangai Y., et al., Mater Sci Eng A 613 (2014) pp.163-170.

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傾斜機能ポーラスAl

Hangai Y., et al., Mater Sci Eng A 613 (2014) pp.163-170.

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傾斜機能ポーラス金属（３層）

Hangai Y., et al., Mater Trans 54 (2013) pp.1268-1273.

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従来技術とその問題点（課題）

〇 接着剤による発泡金属-緻密材の接合 <従来技術>

→ コスト、耐久性、リサイクル性、耐熱性に課題。

〇 Al粉末を用いたクラッド接合 <従来技術>

→ 材料コストが高い、生産工程が多い、等の課題。

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新技術の特徴・従来技術との比較

○緻密材と比較して，１／５～１／１０の

超軽量化が可能

○傾斜機能化・サンドイッチパネル化などの

高機能化が可能

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想定される用途

○自動車・航空宇宙関係・鉄道関係の軽量

・衝撃吸収・制振・遮熱部材

○建材 など

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実用化に向けた課題

１．基本発明の実用化に向けた検討

① 複雑形状への対応

② 量産化への対応

③ サンドイッチパネルの成形加工への対応

２．基本性能の向上、適用範囲拡大に関する検討

① 性能向上（気孔径の制御技術）

② 適用範囲拡大（独立気孔 → 連通気孔）

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企業への期待

・ポーラス金属ならではの特性を生かした利用可能な候補がありましたら，共同で開発を行っていければと思います．

・実際にものづくり技術を有しておら

れ，軽量化などに興味があれば．

・自動車部品等，運輸機器部品

・建材

等を考えておりますが，様々な用途

に利用できると考えておりますので，

お気軽にお声かけ下さい．

企業に具体的にしてほしいこと

求める技術要素 求める企業の種類

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本技術に関する知的財産権１発明の名称：発泡金属用前駆体および発泡金属の製造方法、並びに前記製造方法で

製造された発泡金属用前駆体および発泡金属

特許番号 ：特許第５４８２６５８号

出願人 ：群馬大学，芝浦工業大学

発明者 ：半谷禎彦，宇都宮登雄

発明の名称：発泡金属前駆体の製造方法及び発泡金属の製造方法

特許番号 ：特許第５６４１２４８号

出願人 ：群馬大学

発明者 ：半谷禎彦，宇都宮登雄

発明の名称：傾斜機能材料前駆体及び傾斜機能材料の製造方法、並びに傾斜

機能材料前駆体及び傾斜機能材料

出願番号 ：PCT/JP２０１０/０６７９７９

出願人 ：群馬大学，芝浦工業大学

発明者 ：半谷禎彦，宇都宮登雄

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本技術に関する知的財産権２発明の名称：発泡金属の製造方法及び発泡金属の製造装置

特許番号 ：特許第５７７３４２２号

出願人 ：群馬大学

発明者 ：半谷禎彦

発明の名称：ポーラスメタルの製造方法、ポーラスメタル

特許番号 ：特許第５８８１１４８号

出願人 ：群馬大学

発明者 ：半谷禎彦

お問い合わせ先

【ライセンスについて】

科学技術振興機構

知的財産戦略センター 田中 史祥

ＴＥＬ ０３－５２１４ － ８２９３

e-mail ｆｔａｎａｋａ＠ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ

ｓｈｕｕｙａｋｕ＠ｊｓｔ．ｇｏ．ｊｐ

【技術内容について】

群馬大学 産学連携・知的財産活用センター

〒376-8515 群馬県桐生市天神町1-5-1

TEL ０２７７－３０－１１７１～１１７５

FAX ０２７７－３０－１１７８

e-mail ｔｌｏ＠ｍｌ.ｇｕｎｍａ－ｕ.ａｃ.ｊｐ