2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of the high performance alloys surface-treated at relatively low temperature due to femtosecond-laser-induced nanostructuring
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15K06472
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| Research Institution | Fukui National College of Technology |
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Principal Investigator |
安丸 尚樹 福井工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (90158006)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | フェムト秒レーザー / アブレーション / 表面硬化層 / 窒化・浸炭 / 硬質薄膜 / ナノ構造 / トライボロジー / 耐食性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
γ系ステンレス鋼（SUS304，316）の低温硬化層（浸炭・窒化）およびステンレス鋼や純Tiに被覆した窒化物膜（CrN，TiN等）や固体潤滑膜（DLC）の表面にフェムト秒レーザーを照射し，ナノ構造を平面状に均一に加工する条件を明らかにした．
ナノ構造の特性は，SUS316鋼の低温浸炭・窒化層を重点的に調べた．化学測定システムを用いた分極曲線測定による耐食性評価については，低温硬化層は通常の窒化層に比べてはるかに耐食性に優れ，未処理のステンレス鋼とほぼ同等であること，低温窒化より低温浸炭の方が耐食性に優れることなどを明らかにした．また，熱影響を受けやすい低温硬化層に対し，フェムト秒レーザーによりナノ構造を加工しても耐食性がほとんど劣化しないことを確認した．さらに照射面の腐食電流密度が，レーザーフルーエンスに依存して変化することが判明し，ナノ構造形成による表面積の増加傾向を判断する新規手法として期待される．
純Tiの低強度照射面で見出したレーザーの偏光方向に平行な超微細な周期構造については，XPSやToF-SIMSによる表面分析により，表面状態としては未処理面に近いこと，通常のナノ構造形成面には化学合成が困難なセルロース系の有機膜が形成されることを見出し，欧文論文誌に投稿し掲載された．また，この超微細なナノ構造は，未処理のステンレス鋼には加工されるが，表面硬化層やDLC等の硬質薄膜では形成されないことが判明した．
得られた研究成果は，海外の国際会議で２件，国内の学術講演会等で７件の講演発表を行った．新たに見出した偏光方向に平行な超微細周期構造，セルロース系有機膜のレーザー合成，ナノ構造形成面の電気化学的手法による表面積増加の評価法については，今後も研究を継続し，国際会議や論文等に発表する．有機膜合成法に関する論文が，国際的な先端研究紹介WebサイトAIEに掲載された．
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| Remarks |
成果論文；Formation of organic layer on femtosecond laser-induced periodic surface structures，Applied Surface Science, 405 (2017) 267.
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