ボールミル粉砕に固有な黒鉛の潤滑機構の解明-鉄粒子への変形集合組織形成に向けて-

• Project/Area Number: 17K14845
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Material processing/Microstructural control engineering
• Research Institution: Gifu National College of Technology
• Principal Investigator: 本塚 智 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (30585089)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 集合組織 / XANES / メカノケミカル / TEM / 結晶配向 / 電磁鋼板 / 変形集合組織 / 表面潤滑 / 界面 / トライボロジー

Outline of Annual Research Achievements

鉄粒子と黒鉛を酸素雰囲気下でボールミル粉砕すると、鉄粒子に磁気特性に優れた{100}<0vw>変形集合組織が形成される。本組織の形成には、黒鉛による鉄粒子表面の潤滑が重要であり、集合組織の配向性は潤滑度に比例して高まる。この黒鉛の潤滑性は、元の鉄粒子表面ではなく、粉砕によって現れる鉄粒子表面の新生面と雰囲気酸素の反応で生成する酸化膜の表面の方が高くなることが推測された。これは種々の塑性加工法の中でも、ボールミル粉砕のみが持つ特徴であり、被加工物の新生面形成量が極めて大きいことに起因する未知の現象である。本研究では、この酸化膜による黒鉛の潤滑性の発現機構の解明を目的とした。
走査型摩擦力顕微鏡で、鉄粒子表面の摩擦係数を測定した結果、含酸素雰囲気下で黒鉛と共に粉砕された鉄粒子表面の摩擦係数が、低酸素分圧下で粉砕された場合と比較して低いことが確認された。さらに、XANES(X線吸収端近傍構造)による分析によって、この違いは鉄粒子表面の黒鉛結晶の配向性の違いに起因することを明らかにした。さらに、TEMによる直接観察により、含酸素雰囲気下で黒鉛と共に粉砕された鉄粒子表面の黒鉛は、そのベーサル面を鉄粒子表面と平行に配向させ、一方、低酸素分圧下で粉砕された場合は、ベーサル面がランダム配向していることを明らかにした。
以上の結果から、酸化膜による黒鉛の潤滑性の発現機構は次のように考えられる。すなわち、ボールミルで粉砕された鉄粒子は多くの新生表面を持つ。この新生表面は反応性が高いため、粉砕雰囲気に応じた生成物を生じる。この生成物が黒鉛と相互作用し、黒鉛の配向を変化させる。その結果、黒鉛の潤滑性が、被潤滑面が形成される際の粉砕雰囲気に応じて変化し、特に酸化鉄は黒鉛を配向させる働きが強かったものと推測される。

Research Products

• [Journal Article] Formation of (001) Fiber Texture in Iron Powder and its Effect on Magnetic Properties and Crystal Orientation of the Powder Compact (2019)
  • Author(s): Motozuka Satoshi、Iwai Syuma、Sato Hisashi、Hojo Hirofumi、Okazaki Yasuo、Morinaga Masahiko
  • Journal Title: ISIJ International Volume: 59 Issue: 1 Pages: 192-200
  • DOI: 10.2355/isijinternational.ISIJINT-2018-521
  • NAID: 130007580292
  • ISSN: 0915-1559, 1347-5460
  • Year and Date: 2019-01-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visible light-induced antibacterial effects of the luminescent complex of hydroxyapatite and 8-hydroxyquinoline with gray titania coating (2018)
  • Author(s): Matsuya Takehiko、Morakul Sarita、Otsuka Yuichi、Ohnuma Kiyoshi、Tagaya Motohiro、Motozuka Satoshi、Miyashita Yukio、Mutoh Yoshiharu
  • Journal Title: Applied Surface Science Volume: 448 Pages: 529-538
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.04.106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation process of the {001} fiber texture on iron particles using simple ball milling (2017)
  • Author(s): Motozuka Satoshi、Ikeda Tomoya、Miyagawa Tomoya、Sato Hisashi、Morinaga Masahiko
  • Journal Title: Powder Technology Volume: 321 Pages: 9-12
  • DOI: 10.1016/j.powtec.2017.08.010
• [Presentation] 粉砕による鉄基軟磁性合金粉末における集合組織の発達と添加元素の影響 (2019)
  • Author(s): 本塚 智、中野 拓真
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第177回春季講演大会
• [Presentation] 潤滑粉砕で鉄粉に形成された集合組織の再結晶過程に対する潤滑剤の効果 (2019)
  • Author(s): 本塚 智、佐藤 尚、岡崎 靖雄
  • Organizer: 日本金属学会167回春季講演大会
• [Presentation] ランダムキューブ組織を有する鉄粒子で作製したリングコアの磁気特性 (2018)
  • Author(s): 本塚 智、尹 己烈、兵藤 公彦、岡崎 靖雄、佐藤 尚、森永 正彦
  • Organizer: 日本鉄鋼協会第175回春季講演大会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 扁平状鉄粒子及びその製造方法 (2018)
  • Inventor(s): 本塚智、佐藤尚
  • Industrial Property Rights Holder: 国立高等専門学校機構、名古屋工業大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-203468
  • Filing Date: 2018