低温プラズマ処理による二相ステンレス鋼複合造形物の高機能化

Research Project

Project/Area Number	21K04733
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
Research Institution	Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology
Principal Investigator	足立振一郎地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (50359410)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山口拓人地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (20530041)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords	低温プラズマ窒化処理 / 二相ステンレス鋼 / レーザメタルデポジション / 耐摩耗 / 耐腐食 / 窒化処理 / 浸炭処理
Outline of Research at the Start	ステンレス鋼に対する低温プラズマ窒化処理および浸炭処理は，窒化物や炭化物ではなく，窒素または炭素が過飽和に固溶した拡張オーステナイト相(S相)を形成するため，ステンレス鋼の耐腐食性を維持したまま耐摩耗性を改善することができる．本研究は，レーザ・メタル・デポジション(LMD)を用いて二相ステンレス鋼を主成分とする造形物を作製し，低温プラズマ窒化処理および浸炭処理を行い，S相の形成機構を解明することで，耐摩耗性と耐腐食性の高機能化を図る．
Outline of Annual Research Achievements	オーステナイト系ステンレス鋼の粉末とフェライト相を安定化する効果のあるクロム粉末を，種々の比率で配合した粉末材料を用いて，レーザメタルデポジションによりステンレス鋼層を作製した．クロム粉末の比率が増加するにつれて，ステンレス鋼層の組織はオーステナイト相よりフェライト相の割合が増加することを確認した．また，オーステナイト相とフェライト相の割合が変化することで，金属組織も顕著に変化することが認められた．作製した二相ステンレス鋼層に低温プラズマ窒化処理を行い，窒素を過飽和に固溶した拡張オーステナイト相(S相)の特性が，オーステナイト相とフェライト相の割合が変化することで生じる影響について検討をした．その結果，フェライト相の割合が増加するにつれて，S相の膜厚が薄くなることが認められた．これは，窒素の拡散速度がオーステナイト相中よりフェライト相中の方が遅いことに起因すると考えられる．S相の表面硬さは，フェライト相が増加するにつれて硬くなった．さらに，アルミナボールを用いた往復しゅう動摩擦摩耗試験においても，フェライト相の増加による耐摩耗性の向上が確認された．今後さらなる精査が必要であるが，二相ステンレス鋼層にはオーステナイト相に窒素が過飽和に固溶したS相とフェライト相に固溶したS相の2種類のS相が存在し，フェライト相のS相の方がオーステナイト相のS相より硬さが硬いことに起因すると推察される．一方，アノード分極測定により耐腐食性を評価した結果，不動態皮膜形成に大きな役割を果たすクロム量が増加したにも関わらず，フェライト相が多いほど耐腐食性が低下することが認められた．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 二相ステンレス鋼層のオーステナイト相とフェライト相の割合が変化することで，窒素過飽和固溶体の特性に及ぼす影響について解明できたことで，S相の特性向上に活用することが期待できる．
Strategy for Future Research Activity	S相の形成に最適な二相ステンレス鋼層の合金組成の探索を継続するとともに，低温プラズマ浸炭処理なども行い，S相のさらなる特性改善を目指す．