2018 Fiscal Year Research-status Report
過酷なしゅう動条件下で摩擦低減をもたらす物理的かつ化学的な表面テクスチャの創製
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18K03917
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
亀山 雄高 東京都市大学, 工学部, 准教授 (20398639)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊東 明美 東京都市大学, 工学部, 准教授 (40574041)
市川 裕士 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451540)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | テクスチャリング加工 / 移着 / 微粒子の表面処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微粒子ピーニング(FPP)を用いた物理的テクスチャリングを行うための加工装置を構築した．この装置は，電動1軸ステージ上に設置した被加工物に対して，FPPノズルを任意の角度，距離で固定が可能な機構を有し，なおかつ粒子をノズルへ精密かつ安定に供給が可能な構造を具備している．構築した装置において粒子を定量供給するための条件出しを行い，装置の運用条件についての知見を蓄積した．この結果，被加工物をノズルに対して走査しながら，うね構造を形成することへの見通しが得られた．本研究においては，実用的観点および摩擦特性評価実験遂行の都合上，数十mm×数十mm程度の範囲へ均質なテクスチャ加工を施せることが必須であるため，ここまでの成果は，研究計画上大きな意義を有する．
なお，関連して，テクスチャ加工面の摩擦特性評価に関して，潤滑状態のin-situ観察を可能とする専用実験装置の設計にも着手した．
一方，FPPを用いた化学的テクスチャリングに関する研究事項としては粒子表面の酸化状態の制御による粒子成分移着への影響を解明した．具体的には，FPP用の鋼粒子へ酸処理や機械的研磨，プラズマ照射処理を施すことで，かかる粒子表面の酸化物を除去したもの，あるは意図的に酸化を進行させたものを作製した．これらの，表面性状を制御した投射材を用いてアルミ基材へFPPを施した結果，酸化物リッチな投射材からは鉄の酸化物・水酸化物が顕著にアルミ基材へ移着すること，表面酸化物を減少させた投射材からは比較的移着が生じにくいことが明らかとなった．鋼成分の移着が生じる際，酸化物・水酸化物がバインダとして振舞っていた可能性が見出された．本研究において化学的テクスチャリングのための原理として位置づけている粒子成分の移着現象に対して，メカニズムの理解が深められた．
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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
2018年度には，(I)テクスチャリング加工装置の作製およびうね構造の制御法の確立，(II)FPP投射材成分をアルミ材へ高強度に移着させるための原理原則の解明，(III)テクスチャ面の摩擦摩耗試験実施を行う計画であった．このうち(I)については装置作製が完了した．装置の作製に計画よりも時間を要したため，うね構造作製の実験が一部2019年度に持ち越しとなってしまったが，平行して現有のFPP装置を利用した実験を進めた．用いる投射材粒子と形成されるうね構造との関連性についての知見など，研究遂行上有益な情報が得られており，トータルとしては概ね良好な進捗と判断する．また，（II)については，移着メカニズムについて着実に検討が進んでおり，現状は順調と判断する．ただし，今回立ち上げた粒子の表面処理用の実験設備には改善の余地が有ることもわかっており，引き続き研究を遂行していく上では対応が必要と感じている．最後に(III)については，摩擦評価用の実験の準備に着手できており，概ね計画通りの進捗となっている．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度には，(a)昨年度構築した装置を用いてのテクスチャリング加工，(b)表面処理粒子からの移着物とアルミ基材への接合強度評価，(c)物理的テクスチャ面の摩擦特性のベンチマーク的評価，(d)潤滑性向上に寄与する化学的テクスチャリングを進める．なおこれらの研究項目は当初計画に則っている．
(a)については，被加工物の走査条件とうね構造形成との関連性を特に重点的に調べる．また，(b)については，酸化物・水酸化物を介して移着した鋼成分と，それらを介さずに移着した鋼成分について，アルミ母材との微視的接合強度の評価を行う計画である．(c)に関しては，うね構造を作製したアルミ試験片を鋳鉄ディスクに対向させてボールオンディスク式摩擦摩耗試験を行う．(d)としては，境界潤滑条件下で極圧添加剤による固体潤滑膜の生成を補うため，硫黄成分をアルミ基材へ移着させることを目標に据え，硫黄を移着させるためのFPP方法について検討を進める．
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| Causes of Carryover |
本研究に必要な実験装置の構築に際して，学内の遊休資材・備品を入手して充てることができた．これはもともと期待していなかったことであり，結果的に当初計画と比べて費用がねん出され，次年度使用額として計上されるに至った．ただし，このようにして構築できた現状の実験設備は，研究のスタートを優先したが故の仮設的なところも一部あることが否めなく，改善が必要だとも感じている．次年度使用額となった分の予算を活用して，実験設備の整備を図りたいと考えている．
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Research Products
(3 results)
