材料加工・組織制御工学

アルミニウム

軽くて強いアルミニウムの可能性を拡げる、マグネシウムとの接合


成田麻未先生

名古屋工業大学 工学部 物理工学科(工学研究科 工学専攻 材料機能プログラム)

出会いの一冊

わかりやすい材料学の基礎

菱田博俊(成山堂書店)

材料に興味のある人には『わかりやすい材料学の基礎』がおススメ。「金属と非金属の違いは?」「人はどんな材料で出来ている?」といった疑問をスッキリ解消し、また、自分の興味のある分野を探すきっかけになるかもしれません。

溶接・接合というキーワードに興味を持った人は、ぜひ溶接レポートマンガ『現場からお伝えします!』(日本溶接協会)を読んでみてください。溶接の基礎から最新鋭の技術まで、マンガを通して理解することができます。
https://www.jwes.or.jp/pr/report_comic/

同じく、日本溶接協会HPより閲覧可能な『溶接女子がゆく!!』もおススメです。
https://www.jwes.or.jp/pr/fw_comic//

こんな研究で世界を変えよう!

軽くて強いアルミニウムの可能性を拡げる、マグネシウムとの接合

適材適所に材料を採用する「マルチマテリアル化」

アルミニウムはどんな材料か知っていますか。古くから使われている鉄や銅に比べると、比較的新しい金属材料で、軽くて強い材料として様々な用途に使用されています。

近年、適材適所に材料を採用する「マルチマテリアル化」が進んでおり、アルミニウムを自動車や航空機材料として使用する際、他の材料で作られた部材と接合することになります。そのため、接合技術に関する研究がとても重要です。

他の軽量材料としてマグネシウムの適用も近年注目されています。ところが、アルミニウムとマグネシウムの接合は、仲が良いがゆえに非常に難しく、接合界面に脆性的な化合物層を形成することで接合強度が低下してしまいます。

「爆発圧着法」で接合

そこでこの問題を解決するために、アルミニウムとマグネシウムの接合に「爆発圧着法」を適用しました。

爆薬の種類や条件によって異なりますが、一般的に数千m/sのオーダーで、爆薬が爆発した際に発生する衝撃波が、金属板を高速で衝突させることで接合します。高速で接合するために熱の伝播が制限され、接合界面に化合物層が形成しづらいことも大きな特徴です。

この技術により、アルミニウムとマグネシウムを組合せた部材を作製することで、例えば、耐食性や加工性など特定の特性について、それぞれの単独の特性を上回る相乗効果が期待できます。

爆発圧着法の概要です。接合界面は特徴的な波形状となり、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察すると1μm以下の厚みで化合物層ができていることがわかります。
爆発圧着法の概要です。接合界面は特徴的な波形状となり、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察すると1μm以下の厚みで化合物層ができていることがわかります。
テーマや研究分野に出会ったきっかけ

私は大学院修士課程の頃より、アルミニウム合金の時効析出に関する研究を行っています。博士課程修了後に企業に就職した際、製造現場での課題のスケールの大きさに圧倒され、視野が広がりました。

それまではアルミニウムに特化した研究を行っていましたが、マルチマテリアル化の観点から、大学では接合の分野にも研究を発展させています。分野が異なると学会の組織形態や慣習も異なり、その違いに触れながら、異分野の研究者と交流することも研究の一つの楽しみです。

爆着材の写真。中央部がマグネシウム合金で、アルミニウム合金でサンドイッチした接合材。クラック(割れ)が見られる部分もあり、良好な接合が可能な条件の模索が必要です。
爆着材の写真。中央部がマグネシウム合金で、アルミニウム合金でサンドイッチした接合材。クラック(割れ)が見られる部分もあり、良好な接合が可能な条件の模索が必要です。
先生の研究報告(論文など)を見てみよう

「爆発圧着法による革新的軽量クラッド材の開発」

詳しくはこちら

先生の分野を学ぶには
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材料組織のスケールを現した図。物理学ではミクロン~ナノオーダーの組織を対象に研究を行います。これらを加工や熱処理によって適切に制御することで、構造物の特性を向上することができます。
材料組織のスケールを現した図。物理学ではミクロン~ナノオーダーの組織を対象に研究を行います。これらを加工や熱処理によって適切に制御することで、構造物の特性を向上することができます。
学生たちはどんなところに就職?

◆主な業種

(1) 自動車・機器

(2) 鉄鋼

(3) 非鉄

◆主な職種

(1) 基礎・応用研究、先行開発

(2) 製造・施工

(3) 生産管理・施工管理

◆学んだことはどう生きる?

研究室の卒業生は、素材メーカー、自動車・機械メーカー等に就職し、材料開発や金型開発等に携わっています。

研究室では一つの材料について深く掘り下げて研究を行いますが、そこで得た基本的な知識や経験、研究の進め方は異なる材料を業務で扱う際にも大きく活きてきます。材料の製造方法や加工方法に関する知識も、大学で学んだことが社会に出た際にとても役に立ちます。

先生の学部・学科は?

私の所属する材料機能分野では、「材料そのものの性質を機能的に応用する工学」に重点をおいて、基礎的な知識から応用まで幅広く学ぶ機会を提供しており、材料工学のスペシャリストの育成に努めています。特に私の研究室では、材料の製造(鋳造実験)、加工(強ひずみ加工・圧延等)、熱処理、評価(組織観察・機械的性質評価)まで、一貫して行うことができることが強みです。

先生の研究に挑戦しよう!

中高生におすすめ

ハンナ・モンタナ/ザ・ムービー

大学生の頃に観に行き、号泣しました。自分自身に問いかけながら進むべき道を選択する、という映画のテーマにマッチする「Climb(マイリー・サイラス)」という曲もお気に入りです。「どれだけ早くたどり着けるかじゃない」「大切なのは登り続けること」という歌詞は私の宝物です。


世界で一番美しい元素図鑑

セオドア・グレイ (創元社)

眺めているだけで楽しい本です。海外出張先で岩石を購入して持ち帰り、「この元素が含まれているんだね」と息子と一緒に見比べて楽しんでいます。


金属材料の最前線

東北大学金属材料研究所

私が高校生の時に読んでいた本です(最新ではないですが、中高で学んだ知識を深化できる本です)。この本をきっかけに金属に興味が湧き、気になった研究室の教授にアポイントを取って研究所の見学にも行きました。

一問一答
Q1.18才に戻ってもう一度大学に入るならば、学ぶ学問は?

古生物学、地質学

Q2.日本以外の国で暮らすとしたらどこ?

ノルウェーかドイツの田舎(数か月の滞在経験があるため)

Q3.一番聴いている音楽アーティストは?

藤井風、角野隼斗

Q4.感動した/印象に残っている映画は?

アベンジャーズ(マイティ・ソーとロキの物語が好きです)


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