2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of solid-liquid-gas interfacial phenomena induced by pulse laser and its practical application
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18KK0103
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
祖山 均 東北大学, 工学研究科, 教授 (90211995)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊賀 由佳 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50375119)
佐々木 裕章 東北大学, 工学研究科, 助教 (90812040) [Withdrawn]
鴇田 駿 東北大学, 工学研究科, 助教 (60807668)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | パルスレーザ / レーザキャビテーション / レーザアブレージョン / 機械的表面改質 / 疲労強度 / 金属製積層造形材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 水中(液相)で，パルスレーザを金属表面(固相)に照射すると，レーザアブレージョン (気相)が発生し，レーザアブレージョン後にキャビテーション的な挙動を示す気泡(レーザキャビテーション；気相)が発生・発達・崩壊し，金属に局所的塑性変形をもたらす衝撃力を発生する。このレーザキャビテーションやレーザキャアブレージョンによる衝撃力を用いたピーニングと呼ばれる機械的表面改質について，オックスフォード大学と共同で，従来技術であるショットピーニングなどと比較検討し，レーザキャビテーションやキャビテーション噴流を用いたキャビテーションピーニングのほうがショットピーニングよりも疲労強度向上の効果が顕著であることを明らかにした。
2. 上記の疲労強度向上は，比較的軟らかい材料のほうがキャビテーションピーニングの効果が大であることを明らかにした。
3. 東北大学が有するレーザキャビテーションを用いた装置やキャビテーション噴流を用いた装置によりマグネシウム合金を処理して，リュブリャナ大学で機械的表面改質層の残機械的特性を評価した結果，キャビテーションピーニングにより硬度を40%程度向上できることを実証した。
4. 東北大学が有するキャビテーションピーニング装置を用いてステンレス鋼を処理してウクライナ工科大学において評価した結果，キャビテーションピーニングにより圧縮残留応力を35～50%向上できることを明らかにした。
5. 東北大学においてキャビテーションピーニングによりステンレス鋼を処理してウクライナ工科大学において評価した結果，キャビテーションピーニングにより圧縮残留応力を35～50%向上できることを明らかにした。
6. 東北大学でキャビテーションピーニングを用いてチタン製積層造形材を処理してワシントン大学におけて疲労試験を行い，金属製３Dプリント材の疲労強度向上を実証した。
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