金属および酸化された中エントロピー合金粉末で強化されたアルミニウムマトリックス複合材料の作製と耐摩耗性能
Fabrication and Wear Performance of Al Matrix Composites Reinforced with Metallic and Oxidized WMoNb Medium-Entropy Alloy Powders
高エネルギーボールミルで合成された等原子W-Mo-Nb合金粉末(RMEA)およびその酸化誘導体(RMEO)で強化されたアルミニウムマトリックス複合材料の作製と耐摩耗性能が調査された。RMEA粉末を650°Cで4時間酸化させることで、MoとNbが酸化され、Wは金属のまま残るコアシェル構造のRMEOが得られた。RMEAまたはRMEOを2.5~10重量%含有する複合材料は、冷間プレス/焼結により作製され、乾式摺動摩耗試験で評価された。両方の強化材は、純アルミニウムと比較して摩擦と摩耗損失を減少させ、RMEOは全ての比率でRMEAを上回り、10重量%で摩擦と摩耗損失を約60%削減し、最も高い硬度(132 HB)を達成した。摩耗表面および断面分析により、純アルミニウムの激しい接着摩耗/研磨摩耗から、RMEO複合材料におけるトライボ酸化物媒介レジームへの摩耗機構の変化が明らかになった。これらの結果は、耐火性中エントロピー合金粉末の選択的酸化が、アルミニウムマトリックス複合材料の耐摩耗性を向上させる効果的な戦略であることを示唆している。
- 高エネルギーボールミルで合成された等原子W-Mo-Nb中エントロピー合金粉末を650°Cで4時間酸化させ、コアシェル構造の酸化誘導体(RMEO)を作製した
- RMEO強化アルミニウムマトリックス複合材料は10重量%添加で摩擦と摩耗損失を純アルミニウム比約60%削減し、硬度132 HBを達成
- RMEOは全添加比率でRMEA(金属状態の合金粉末)を上回る耐摩耗性能を示した
- 摩耗機構が純アルミニウムの激しい接着/研磨摩耗から、RMEO複合材料ではトライボ酸化物媒介レジームへ変化したことが断面分析で確認された
中エントロピー合金粉末の選択的酸化によりコアシェル構造を形成し、アルミニウムマトリックス複合材料の耐摩耗性を大幅に向上させる手法が実証された点に注目。10重量%添加で摩擦・摩耗損失を約60%削減し硬度132 HBを達成しており、軽量かつ高耐摩耗な構造材料として航空宇宙・自動車分野での応用が期待される。耐火性合金粉末の酸化制御という比較的シンプルなプロセスで性能向上が得られるため、産業スケールへの展開可能性も高く、材料分野の投資テーマとして有望である。