Siの統計モデリング

Aug 13, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5416 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

竹の葉灰 (BLA) から得られた Si ベースの耐火性化合物 (SBRC) をアルミナによる補完補強材として使用して作られた Al-Mg-Si 合金マトリックスハイブリッド複合材料の摩耗特性が研究されています。 実験結果は、より高い滑り速度で最適な摩耗量が得られることを示しています。 複合材料の摩耗速度は、BLA 重量の増加とともに増加しました。 ％であり、ＢＬＡからの４％ＳＢＲＣ＋６％アルミナ（Ｂ４）を有する複合材料は、考慮された異なる滑り速度および摩耗荷重に対して最小の摩耗損失を示した。 BLA の重量パーセントが増加すると、複合材料の摩耗メカニズムは主に摩耗でした。 中央複合設計 (CCD) を使用した数値最適化の結果により、摩耗荷重 587.014N、滑り速度 310.053 rpm、および B4 ハイブリッド フィラー組成レベルでそれぞれ、摩耗速度 (0.572 mm2/min)、比摩耗速度 (0.212 mm2/min) の最小応答が得られることが明らかになりました。開発された AA6063 ベースのハイブリッド複合材料では、cm2/g.cm3) と摩耗損失 (0.120 g) が得られます。 摂動プロットは、滑り速度が摩耗損失により大きな影響を与えるのに対し、摩耗荷重は摩耗率と比摩耗率に大きな影響を与えることを示しています。

メーカーは、自動車や航空宇宙用途に適した、優れた強度対重量比を備えた材料を常に探しています。 このため、複合材料、特に SiC や Al2O3 などの合成材料で強化されたアルミニウム金属基複合材料 (AMMC) が非常に人気があります 1。 ハイブリッド複合材料は、AMMC の設計に Al2O3 の粒子強化材が使用された場合に、耐摩耗性の向上を達成するために研究者によって広く使用されてきました2。 彼らの研究によると、著者ら 3 は、強化材の重量パーセント (wt.%) が、開発した複合材料の摩耗率に影響を与える最も重要な要素であると報告しています。 彼らは、荷重と滑り速度が同時に重要な順位で続いていることに注目しました。 調査結果 4 では、開発されたハイブリッド複合材料は、ベース合金およびモノリシック複合材料とそれぞれ比較して、優れた耐摩耗性を示すと結論付けられています。 滑り速度、適用荷重、滑り距離、摩耗率についてタグチを使用した直交配列から得られた統計結果は、結果をさらに裏付けます。

以前の研究では、籾殻 (RH) を Si ベースの耐火性化合物 (SBRC) の製造に利用することに成功しました5。 これらの耐火性化合物には、AMMC の設計において強化材料として機能する SiC ポリタイプが含まれていることが報告されています 6。 アルミニウム母材合金 (Al 7075) と炭化ケイ素ベースのアルミニウム金属母材複合材の、乾燥条件下での異なる摺動距離での摩耗および摩擦挙動の比較に関する研究が報告されています7。 彼らは、その結果から、SiC で強化された AMMC の摩耗率が約 25 ～ 45% であることを示しました。 一方、AMMC の設計において SiC を強化材として使用した場合、モノリシック合金と比べて耐摩耗性が約 14% 向上することが観察されました8。

この研究では、中央複合設計 (CCD) を使用して、実験結果を統計的に分析、モデル化し、最適化するために、BLA から得られた SBRC をアルミナによる補完的な強化として使用することを試みます。 この研究の結果は、竹の葉とアルミナ強化アルミニウム 6063 (AA6063) 合金に由来する Si ベースの耐火性化合物の選択された摩耗パラメータの最適化に関する既存のデータベースに貢献するでしょう。

AA 6063 (Al-Mg-Si) は、この研究に使用されたベース材料であり、地元のベンダーによってインゴットとして供給されました。 元素組成は火花分光計を使用して求められ、その結果が表 1 に示されています。この研究で使用した強化材は、粒径範囲 30 μm のアルミナと、竹の葉から得られた Si ベースの耐火性化合物 (SBRC) です。粒子サイズ < 60 μm。 マグネシウムは、基材と補強材の間の濡れ性を高めるために使用されました。 SBRC の開発のための合成ルートの詳細は、以前に報告されています 5。