2016 Fiscal Year Research-status Report
超強加工と摩擦加工によるバルクナノメタル高機能表層とそのトライボロジー特性
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16K06061
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| Research Institution | Fukui National College of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 寛敬 福井工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (30311020)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 超強加工 / バルクナノメタル / 摩擦加工 / 高圧ねじり加工 / 結晶粒微細化 / トライボロジー / 耐摩耗性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
極めて大きな塑性ひずみを与えるバルク超強加工により作製可能となったサブミクロン微細結晶粒材料（バルクナノメタル）は、合金元素に頼らずに高強度であるため次世代の構造材料として注目されている。一方、摩擦の影響を受けた金属表面も組織が微細化することが知られており、摩擦加工も超強加工の一種である。本研究では、バルク超強加工と摩擦加工を組み合わせることにより、バルクナノメタルに超々微細組織をもつ摩擦表層を生成させ、耐摩耗性・耐凝着性に優れたバルクナノメタル金属表層を提案することを目指す。具体的には、バルク超強加工条件および摩擦条件が摩擦表層の微細組織や力学特性に及ぼす影響を明らかにし、生成した超々微細組織摩擦表層のトライボロジー特性を評価して、バルクナノメタル高機能表層を開発することを目的としている。
１年目の平成２８年度は、バルクナノメタルへの超微細組織摩擦表層の生成に重点を置いて研究を実施した。具体的には、バルクナノメタルとして高圧ねじり（ＨＰＴ）加工に焦点を絞り、ＨＰＴ加工における加工条件（材料組成、回転回数、試料半径）がバルクナノメタルの組織（結晶粒サイズ）や硬さに及ぼす影響を明らかにした。次に、バルクナノメタルの摩擦加工における摩擦条件（摩擦速度、荷重、相手材、雰囲気、試験時間）が、摩擦表層の金属学的性質（組織、結晶粒径）と力学的特性（硬さ）に及ぼす影響を明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１年目の目標であった、超強加工条件および摩擦加工条件と摩擦表層組織との関係を明らかにして、バルクナノメタルの摩擦表面がさらに結晶粒微細化する摩擦条件（速度・荷重など）を明確にすることができた。具体的には、純ＦｅとＳ４５ＣのＨＰＴ加工において、回転回数と結晶粒サイズや硬さの関係を明らかにし、さらに相手材を超硬合金としたボールオンディスク摩擦試験で、摩擦表層が100～200nm程度まで結晶粒が微細化することを見出すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、バルク超強加工条件および摩擦加工条件が摩擦表層組織に及ぼす影響の研究を継続し、バルクナノメタルの摩擦表面がさらに結晶粒微細化する条件を明確にする。具体的には、ＨＰＴ加工における加工条件（材料組成、圧力、回転速度、回転回数、試料半径）や摩擦加工における摩擦条件（摩擦速度、荷重、相手材、雰囲気、試験時間）が、摩擦表層の金属学的性質（組織、材料組成、結晶粒径、結晶方位、転位密度）と力学的特性（硬さ）に及ぼす影響を明らかにして、バルクナノメタル摩擦表層が微細化するＨＰＴ加工／摩擦条件を明確にする。さらに、この生成した超微細組織摩擦表層のトライボロジ－特性の評価に着手する。また、得られた摩擦摩耗データをＨＰＴ加工／摩擦条件にフィードバックし、耐摩耗性に優れたバルクナノメタル高機能表層を開発する。
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| Causes of Carryover |
当初予定していたバルクナノメタル（ＨＰＴ加工材）の摩擦加工における摩擦条件と摩擦表層の金属学的・力学的特性調査の段階で、ＳＥＭ装置のＥＢＳＤ組織観察に手間取り、摩擦条件水準の実験を一部できなかったために、少し残額が生じた。しかしその残額は約4万円と少額で、全体の研究進捗状況に大きな影響が出るものではない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度配分費と合わせて、バルク超強加工条件および摩擦加工条件と摩擦表層組織との関係を明らかにして、バルクナノメタルの摩擦表面がさらに結晶粒微細化する摩擦条件の明確化の実験に使用する。具体的には、物品費として、バルクナノメタル試験材料や摩擦試験片・摩耗試験片に関する費用に加え、洗浄用薬品・雰囲気ガスや真空関係消耗品、さらに摩擦表層の金属学的調査用試料作成のための消耗品や硬さ試験・電顕観察用の消耗品に使用する。
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