高温アルミニウム基複合材料向け内部分解戦略を開発 (Scientists Develop Defect-Promoted Internal Decomposition Strategy for High-Temperature Aluminum Matrix Composites)

026-05-25 中国科学院(CAS)

中国科学院(Chinese Academy of Sciences)金属研究所(IMR)の研究チームは、高温環境下でも高強度・高剛性を維持できるアルミニウム基複合材料(AMC)を開発した。研究では、Ti2AlC MAX相前駆体に欠陥を導入し、「内部分解(internal decomposition)」を促進する新戦略を提案した。高エネルギーボールミル処理によって元素拡散経路を形成し、Al3Ti粒子をアルミ基材中に高密度かつ均一に分散させる階層構造を実現した。さらに粒子内部には炭素含有クラスターや棒状相が形成され、多段階強化機構が働くことで高温特性を向上させた。作製したAl3Ti/Al複合材は350℃で引張強度246MPa、ヤング率106GPaを示し、比剛性ではチタン合金TC4やニッケル基合金GH93など既存高温材料を大幅に上回った。従来、アルミ基複合材料は300℃以上で界面劣化や軟化が問題だったが、本成果は航空宇宙・防衛向け軽量耐熱材料設計に新たな道を開くものと期待される。

高温アルミニウム基複合材料向け内部分解戦略を開発 (Scientists Develop Defect-Promoted Internal Decomposition Strategy for High-Temperature Aluminum Matrix Composites)
Fabrication process and microstructure of the composite. (Image by IMR)

<関連情報>

階層的な強化戦略により、高温での機械的特性を損なうことなくアルミニウムマトリックス複合材料を実現できます Hierarchical reinforcement strategy enables aluminum matrix composites with uncompromised high-temperature mechanical properties

H. J. Hu,Y. H. Shi,Y. N. Zan,M. Song,D. Wang,Q. Z. Wang,L. H. He,W. Yin,B. L. Xiao & Z. Y. Ma
Nature Communication  Published:13 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-73160-7  Unedited version

Abstract

An aluminum matrix composite with enhanced high-temperature strength and modulus is developed in this study using powder metallurgy, incorporating high-energy ball milling-controlled in-situ reactions between the Ti2AlC (MAX phase) precursor and aluminum (Al) matrix. High-energy ball milling induces a dual-pathway elemental diffusion architecture in Ti2AlC, enabling the internal decomposition mechanism in Ti2AlC and producing a hierarchical microstructure. This structure contains (1) 0.42 μm and 38.6 vol.% Al3Ti particles uniformly dispersed in the Al matrix (0.32 μm), and (2) intraparticle carbon-contained clusters and rod-like phases (2–100 nm), enhancing Al3Ti strength. This multi-level architecture achieves high strength and stiffness at elevated temperatures, with ultimate tensile strength values of 632 MPa (room temperature) and 246 MPa (350 °C) and corresponding Young’s modulus values of 124 GPa and 106 GPa, respectively. At 350 °C, the specific modulus of the composite surpasses that of Ti (TC4), Cu (QZr0.2), steel (45 steel), and Ni (GH93) by 88%, 190%, 55%, and 42%, respectively, which positions it as a competitive candidate for lightweight structural materials in high-temperature applications.

0703金属材料
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