2021 Fiscal Year Research-status Report

Investigation of S-phase on ceramics composite additive manufacturing by low-temperature plasma treatment

Research Project

Project/Area Number	18K04792
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山口拓人地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主任研究員 (20530041) 榮川元雄地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 主幹研究員 (30359426) [Withdrawn] 萩野秀樹地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 総括研究員 (90359422) [Withdrawn] 上田順弘地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 和泉センター, 研究員 (90359365)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2023-03-31
Keywords	低温プラズマ窒化処理 / 低温プラズマ浸炭処理 / レーザクラッド / 耐摩耗 / 耐腐食 / オーステナイト系ステンレス鋼
Outline of Annual Research Achievements	タングステンカーバイド粉末とオーステナイト系ステンレス鋼であるSUS316Lステンレス鋼粉末を混合してレーザクラッドに供することで，ステンレス鋼/タングステンカーバイド複合クラッド層を作製した．タングステンカーバイド粉末は，レーザクラッドのプロセスにおける加熱により部分的に溶融し，一部がマトリックスであるステンレス鋼に溶解することで，二次炭化物を生成するなどにより，クラッド層の硬さを向上する効果が認められた．しかし，その硬さは耐摩耗材料として十分ではないため，表面硬さのさらなる向上を目的として処理温度450 ℃で低温プラズマ浸炭処理を実施した．複合クラッド層は，タングステンカーバイドとステンレス鋼の金属元素が反応することで生成した二次炭化物がデンドライト状に存在しており，通常のバルク材のステンレス鋼の金属組織と大きく異なっている．しかし，低温プラズマ浸炭処理により，炭素が過飽和に固溶した拡張オーステナイト相 (S相)の形成を断面組織観察およびX線回折から確認された．タングステンカーバイドを含まないSUS316Lのレーザクラッド層に形成したS相と特性を比較検討した結果，複合クラッド層の方がS相の膜厚が厚く，表面のマイクロビッカース硬さも高いなど優れた特性を有していることが判明した．一方，耐食性に関しては電気化学測定による評価において優位性は認められなかった．S相の特性が異なる理由として，炭化物や固溶炭素を多く含む複合クラッド層は，炭素の深さ方向分布がSUS316Lのレーザクラッド層と異なることが考えられる．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 新型コロナウィルスの感染症対策のため，実験実施が困難になった時期があり，予定より研究の進捗が遅れた．
Strategy for Future Research Activity	オーステナイト系ステンレス鋼とタングステンカーバイドの複合クラッド層において，低温プラズマ窒化処理と低温プラズマ浸炭処理の両方で拡張オーステナイト(S相)の形成が実現できたことから，ステンレス鋼の金属元素とタングステンカーバイドの反応生成物がS相に及ぼす影響を解明することで，複合クラッド層の耐摩耗性および耐腐食性のさらなる特性改善を図る．また，複合クラッド層を造形物へと展開した場合における金属組織の変化などを調べ，造形物へのS相形成を実現する．
Causes of Carryover	装置の使用頻度や研究成果の発表が当初の研究計画より少なくなり，消耗品の購入費用や成果発表の経費が予定より減少したため差額が発生した．次年度に実施するための費用として使用する．