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アルミニウム合金、チタン合金などの軽金属を圧力と摩擦热で接合する研究
データと向き合うことで得られた新しい発见
金属同士をくっつける、というと熱で金属を溶かし合わせて固める「溶接」を思い浮かべる方が多いのではないでしょうか。しかし金属は一度溶かすと様々な要因から強度が落ちるという弱点があります。そうした劣化を防ぐ接合方法が、私が研究している「線形摩擦接合」です。
この方法では金属を溶かさず接合面のみをやわらかくすることで材料同士を接合します。具体的には接合したい金属の面同士を突き合わせ、上下に动かして摩擦を起こしながら接着面侧へ强く押さえつける、つまり圧力をかけます。
すると摩擦热により突き合わせた面が软化し、接合に至ります。一见金属が溶けているように思えるかもしれませんが、あくまでも摩擦热により界面がやわらかくなっているだけで、溶接よりもずっと低温での接合により金属の强度を保つことが可能です。私は主に軽金属を使ってこの研究を进めており、热の影响で强度が落ちやすいアルミニウム合金を母材と同じ强度のまま接合することに成功しました。これは私の研究分野で长らく実现できなかったことで、非常に画期的と言えます。さらに、私は研究の中で圧力が强いほど界面の温度が低くなるということを発见しました。圧力と温度は反比例の関係にあるということを见出したのです。圧力が高くなれば温度も高くなるのではという想像を超えた惊きの発见でしたが、実験のデータと时间をかけて向き合いこうした结果に行き着くことができました。
生产性?効率アップに贡献する线形摩擦接合のメリット
线形摩擦接合のメリットを绍介するために、圧力がなぜ必要なのかということをもう少し详しく説明しましょう。圧力をかける理由は２つあり、ひとつは原子同士を混ざりやすくするため、もうひとつは金属组织を细かくするためです。金属组织が细かいと强度は高くなります。一つひとつの组织は规则的な原子配列により六面体のようになっており、それらがバラバラの方向を向いているランダム组织である场合、さらに强度が安定します。例えば、この方法で接合した金属を航空机や自动车、船舶などに利用することで安全性を
高めることができるはずです。
また、強度が高ければその分金属の厚みを薄くすることも可能になるため、軽量化によるCO?削減も可能な環境に優しい技術になるのではと思っています。
メリットとしては他にも、短时间での接合が可能になること、接合部が约1尘尘と非常に狭く素材の性质をほと
んど维持したまま利用できることなどが挙げられます。研究では种类の异なる金属同士の接合にも成功しており、异なる素材を组み合わせるマルチマテリアル化が进む现代のものづくりに贡献できる技术でもあります。実用化に向けた课题としては、この方法で接合するための设备の开発でしょう。多様なニーズに応えるためには大きな设备も必要になるため、研究の利用価値をさらに高め、多くの人に伝えていくことで解决できればと思っています。また、生产性を高めるために金属接合时に出るバリ（金属の不要な出っ张り）をなくせないかと考えており、今后の研究课题としてアイデアを巡らせているところです。
目指すは分野の有名人。惊きの结果を求め贪欲に研究を
私は进路选択の际に担当の先生に声をかけてもらい、研究の道を选びました。学部生のころは违うテーマに取り组んでいたのですが、同级生の一人が物を溶かさない接合について研究しておりとても不思议に感じたことから、私の博士课程での研究テーマも同様の内容にすると决めていました。研究によって惊きの成果を得られることは非常に面白く、その成果を受けて他の研究者やエンジニアがさらに研究を进めるということを経験すると、もう止められません。私の梦は、この接合分野で実绩ある先生方に认められ、私自身も分野を牵引する研究者の一人になることです。
そのために論文を書き、国内外の学会に参加するなど今の自分にできることに取り組んでいます。研究で大切にしていることは新しい発見を得られるか、驚きの結果を得られるかと常に考え、満足せず続けることです。
私のゼミにはものづくりが好きな人が多く、就职先として自动车や船舶を扱う公司、重工业系などを选ぶ人もいます。そうしたことも踏まえ、この知识を学ぶことで学生が公司の役に立てるかといったことも考えながら指导するよう心がけています。学生の中には成绩の悪さから研究の道を諦める人もいますが、私は成绩は研究力とは関係ないと感じています。私自身幼いころから勉强が好きだったわけではなく、自分が面白いと思う研究に取り组んで初めて、人生で学ぶことを楽しいと感じました。
学ぶ意欲とやる気を持って研究を楽しむことができる人にとって、ここは国内外の学会に挑戦できる机会も多い研究室です。多くの人は英语で话す国际学会を避けますが、挑戦して一度乗り越えたらきっと人生が変わります。どう変わるかは人それぞれですが、私自身は先の人生で、楽しみながら仕事に向かえるマインドを得られると信じています。何を隠そう、私も学会発表で紧张の瞬间を乗り越え、人生が変わった一人です。
JEONGWON CHOI
2020年3月 大阪大学 大学院工学研究科 マテリアル生産科学専攻 博士後期課程修了 博士（工学）
2020年4月 大阪大学 接合科学研究所 特任研究員
2021年4月 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 機械工学プログラム 助教
