JP6749087B2 - 締結部材 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る締結部材は、アルミニウム母相と、当該アルミニウム母相の内部に分散し、かつ、一部または全ての添加物がアルミニウム母相におけるアルミニウムと反応することにより形成された分散体とを有するアルミニウム基複合材料を備えている。
まず、本実施形態の締結部材で使用されるアルミニウム基複合材料について説明する。
次に、本実施形態の締結部材について説明する。本実施形態の締結部材は、上述のアルミニウム基複合材料を備えている。上述のように、アルミニウム基複合材料は、アルミニウム母相と、当該アルミニウム母相の内部に分散する分散体とを有しているため、強度やじん性を銅と同等のレベルまで高め、さらに伸び及び導電率の低下を抑制することができる。そのため、このようなアルミニウム基複合材料を締結部材として用いることにより、高温環境下でも高い導電率を維持しつつ、応力緩和を抑制し、強度を維持することができる。したがって、本実施形態の締結部材は、例えば180℃という高温環境下において、応力負荷状態で使用することが可能となる。
次に、第二実施形態に係る締結部材について詳細に説明する。なお、第一実施形態と同一の構成について繰り返しの説明は省略する。
まず、得られるアルミニウム基複合材料における炭化アルミニウムの含有量が4.00質量%となるように、アルミニウム粉末とカーボンナノチューブとを秤量した。なお、アルミニウム粉末は、株式会社高純度化学研究所製、製品名ALE16PBを使用し、平均粉体径が20μmであった。また、カーボンナノチューブは、CNano Technology Limited製、製品名Flotube9000G2を使用した。
アルミニウム粉末として、平均粉体径が3μmである、株式会社高純度化学研究所製、製品名ALE11PBを使用した。さらに、得られるアルミニウム基複合材料における炭化アルミニウムの含有量が4.84質量%となるように、アルミニウム粉末とカーボンナノチューブとを秤量した。これ以外は実施例1と同様にして、本例の試料を調製した。
得られるアルミニウム基複合材料における炭化アルミニウムの含有量が3.16質量%となるように、アルミニウム粉末とカーボンナノチューブとを秤量した。これ以外は実施例2と同様にして、本例の試料を調製した。
得られるアルミニウム基複合材料における炭化アルミニウムの含有量が0.40質量%となるように、アルミニウム粉末とカーボンナノチューブとを秤量した。これ以外は実施例2と同様にして、本例の試料を調製した。
まず、得られるアルミニウム基複合材料における炭化アルミニウムの含有量が1.52質量%となるように、Al−Mg合金粉末とカーボンナノチューブとを秤量した。なお、Al−Mg合金粉末は、株式会社高純度化学研究所製のものを使用した。また、Al−Mg合金粉末は、Mg含有量が0.4質量%であり、さらに粉体径が24μmであった。カーボンナノチューブは、CNano Technology Limited製、製品名Flotube9000G2を使用した。
まず、得られる微細結晶粒における、分散体としての炭化アルミニウムの含有量が4.00質量%となるように、純度99.9%のアルミニウム粉末とカーボンナノチューブとを秤量した。なお、アルミニウム粉末は、株式会社高純度化学研究所製、製品名ALE16PBを使用し、平均粉体径が20μmであった。また、カーボンナノチューブは、実施例1と同じものを使用した。
カーボンナノチューブを添加しなかったこと以外は実施例1と同様にして、本例の試料を調製した。
カーボンナノチューブを添加しなかったこと以外は実施例5と同様にして、本例の試料を調製した。
JIS1060−Oに規定の、溶融法によるアルミニウム展伸材を、そのまま本例の試料とした。
(降伏応力、引張強さ、伸び、導電率、結晶粒径)
実施例及び比較例で得られた試料の、室温時における降伏応力、引張強さ及び伸びをJIS Z2241に準拠して測定した。また、各試料の、室温時における導電率をJIS H0505に準拠して測定した。さらに各試料の断面を走査型電子顕微鏡で観察し、アルミニウム母相の結晶粒径を線分法により求めた。各実施例及び比較例の試料における降伏応力、引張強さ、伸び、導電率及び結晶粒径を、試料の組成と共に表1に示す。
まず、実施例6で得られた試料を押出加工することにより、直径7mmの押出材を得た。次に、当該押出材を伸線加工することにより、直径0.27mmの素線を得た。そして、当該素線を300℃で1時間焼鈍することにより、焼鈍材を得た。同様に、比較例1で得られた試料を押出加工することにより、直径7mmの押出材を得た。次に、当該押出材を伸線加工することにより、直径0.27mmの素線を得た。そして、当該素線を300℃で1時間焼鈍することにより、焼鈍材を得た。
図8では、実施例1の試料の断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果を示す。図8より、実施例1のアルミニウム基複合材料は、アルミニウム母相1の内部に分散体2である炭化アルミニウムの粒子が高分散していることが確認できる。
図9では、実施例1のアルミニウム基複合材料におけるラマン分光分析の結果を示す。図9の(1)は実施例1のアルミニウム基複合材料のスペクトルであり、(2)は炭素材料の一部がアルミニウムと反応していないアルミニウム基複合材料のスペクトルである。また、図9の(3)は、実施例1におけるアルミニウム粉末とカーボンナノチューブ(CNT)との圧粉体のスペクトルであり、(4)はカーボンナノチューブ単体のスペクトルである。図9より、実施例1のアルミニウム基複合材料は、炭化アルミニウム(Al4C3)に係るピークは確認できるが、カーボンナノチューブのDバンドとGバンドのピークが確認できなかった。これに対し、(2)〜(4)では、カーボンナノチューブのDバンドとGバンドのピークが確認された。この結果から、実施例1のアルミニウム基複合材料では、炭素材料としてのカーボンナノチューブがアルミニウムと反応し、炭化アルミニウムに変化していることが分かる。
まず、連続伸線機を用いて実施例1の試料を伸線し、φ0.32mmの素線を作製した。また、Al−Mg−Si合金(JIS A6061合金、T6処理)を同様に伸線し、φ0.32mmの素線を作製した。そして、得られた素線に対し、JIS Z2271:2010に準拠し、180℃でクリープ試験を行った。図10では、クリープ試験での時間と伸びの結果から得られた、クリープ伸びと時間との関係を示す。
まず、連続伸線機を用いて実施例6の試料を伸線し、φ0.32mmの素線を作製した。また、Al−Mg−Si合金(JIS A6061合金、T6処理)を同様に伸線し、φ0.32mmの素線を作製した。そして、得られた素線に対し、株式会社島津製作所製エア式疲労・耐久試験システムADT−AV01K1S5を用いて、各試料の0.2%耐力の75〜80%を付与し、180℃で応力緩和試験を行った。図11では、応力緩和試験での時間と荷重測定の結果から得られた、応力緩和率と時間との関係を示す。
2 分散体
Claims (4)
- アルミニウム母相と、前記アルミニウム母相の内部に分散し、かつ、一部または全ての添加物が前記アルミニウム母相におけるアルミニウムと反応することにより形成された分散体とを有するアルミニウム基複合材料を備え、
前記添加物は、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン及びカーボンナノファイバーからなる群より選ばれる少なくとも一つであり、
前記分散体は、棒状または針状の炭化アルミニウムからなる、導電性を有する締結部材。 - 前記分散体は、長径と短径との比(長径/短径)が1〜30であり、長径が0.01nm〜500nmであり、短径が0.01nm〜200nmである、請求項1に記載の締結部材。
- 前記アルミニウム母相は、マグネシウムを0.01〜0.9質量%含み、残部がアルミニウム及び不可避不純物であるアルミニウム合金である、請求項1又は2に記載の締結部材。
- 180℃雰囲気下で1ks経過時点での応力緩和率が60%以下であるアルミニウム基複合材料を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の締結部材。
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