アボット ファイアストーン技術を使用した AZ61Mg 合金の表面品質と乾式滑り摩耗挙動

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12437 (2023) この記事を引用

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現在、マグネシウム合金はその独特な特性により、さまざまな分野で広く利用されています。 しかし、一般的に使用されるマグネシウム合金であるAZ61Mg合金は耐摩耗性が低いことが知られており、その用途が制限されています。 この問題に対処するために、研究者らは、この合金の耐摩耗性を向上させるために、アボット ファイアストン法などのさまざまな表面処理技術を研究してきました。 この研究では、応答曲面法 (RSM) を使用して、AZ61Mg 合金の摩耗挙動とアボット ファイアストン ゾーンに対する圧力と速度の影響を調べます。 3 つの圧力 (0.01、0.015、および 0.02 MPa) および速度 (0.57、0.76、および 0.95 m/s) レベルを使用して、実験計画手法 ( EDT）。 分散分析 ANOVA を使用して、AZ61Mg 合金の入力パラメータ (圧力と速度) と応答 (摩耗率、表面粗さパラメータ Rz、およびアボット ファイアストン ゾーン) の間の関係を特定します。 摩耗率とアボット ファイアストーン ゾーンの最適化されたモデルにより正確な推定が得られ、費用対効果と効率を向上させることができます。 この調査結果は、圧力と速度が AZ61Mg 合金の摩耗挙動に大きく影響することを示しています。

優れた機械的特性を備えた軽量金属は、自動車産業および航空宇宙産業におけるエネルギー危機に対する潜在的な解決策として現在研究されています。 マグネシウム (Mg) は、最も有望な軽量金属の 1 つとして、世界中の研究者や科学者の間で人気を集めています。 マグネシウムは最も軽い構造金属です。 一般に、Mg は高低密度、減衰能力、優れた寸法安定性などの優れた品質を備えています1、2、3。 マグネシウム合金の六方格子構造は、マグネシウム合金の基本特性に大きく影響します。 六方格子金属は、立方格子金属よりも高度な塑性変形を行います。 製造要素に対する要件は常に増加しているため、製造部品の品質の向上に努めるのは当然のことです。 表面の質感は、表面の品質を示す最も一般的に使用される指標です4。

図 1 は、転位すべりや双晶化計画を含む、Mg 結晶構造の最も一般的な変形モードを表しています。 Mg には、基底滑りシステムと非基底滑りシステム (角柱滑りシステムと角錐滑りシステムを含む) の 2 種類の滑りシステムがあります。 引張双晶 (1012 [1011] など) と圧縮双晶 (1011 [1012] など) は Mg で最も一般的な双晶モードであり、それぞれ c 軸に沿った引張と圧縮の列に対応します。

Mg の一般的な変形モード: 転位すべり (左)。 ツイン化モード (右)5.

Mg は Al よりも多くの滑りシステムを持っていますが、特に室温での延性はまだ低くなります。

マグネシウム (Mg) 合金は最も軽い構造金属ですが、その六方最密結晶構造により、低温での変形が困難になります。 熱間加工性を向上させるために、Mg 合金の金属加工手順中に非基底スリップを高温で活性化することができます 3,6。

表面の質感は、表面の品質を示す最も一般的に使用される指標です。 しかし、科学的調査では、加工後の状態を評価するために、表面の 2D 表面粗さ測定基準のみが検査されています。 さらに、Ra (輪郭の算術平均偏差) と Rz は、最も頻繁に使用される 2 つの粗さパラメーター (輪郭のカスプ高さ) です。 より確実にするために、より幅広い種類の 2D 表面および 3D 領域の粗さパラメータを説明に記載する必要があります2。

アボット ファイアストーン カーブは、材料の初期表面と摩耗表面を特徴付けるために使用できるツールです。 表面粗さ（Ra）よりも摩耗時の変化を正確に捉えることができます。 この曲線を使用して、トライボロジープロセスなどの相乗プロセスの影響を評価したり、表面に対する将来の変化の可能性を予測したりできます7、8。