2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of Fabrication Technology for Functionally Graded Ultrafine-WC/Co Composite Materials with High Hardness and Toughness by Laser Metal Deposition
| Project/Area Number |
19K05077
|
|---|
| Research Institution | Kanazawa University |
|---|
Principal Investigator |
國峯 崇裕 金沢大学, 機械工学系, 助教 (90612705)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 順広 石川県工業試験場, 機械金属部, 専門研究員 (60592607)
舟田 義則 石川県工業試験場, 機械金属部, 副部長 (80504729)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | レーザ指向性エネルギー堆積法 / WC超硬合金 / タングステンカーバイド / WCナノ粒子 / 微細組織制御 / 組織微細化 / 高硬度 / 傾斜構造 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
今年度はレーザ指向性エネルギー堆積法（Laser Directed Energy Deposition: LDED）によってタングステンカーバイド（WC）ナノ粒子の積層造形を試み，その微細組織と機械的性質の関係について調べた.供試材として一次粒子径50-80 nmのWCナノ粒子を用いた．このWCナノ粒子をCoと造粒焼結することで，平均粒子径約30 μｍのWC-12wt.%Co造粒粉末を作製した．基材上にマルチレーザ式指向性エネルギー堆積（Multi-beam LDED）法によって上記のWC-12mass%Co造粒粉を積層造形した．Multi-beam LDEDのレーザ加工条件の1つとしてレーザ集光位置を変化させ，これが造形層の微細組織に及ぼす影響を調べた．レーザ焦点位置を基材上の0 mm，または基材上方に0.5 mmオーバーフォーカスした2条件について造形した．またレーザ出力やレーザ掃引速度も変化させ、微細組織制御に最も最適なレーザ加工条件を決定した．最適化した積層条件で，面の積層造形を行った．積層数は6層とした．走査型電子顕微鏡を用いて造形層の断面微細組織観察を行い，またそれらの観察領域に対応したビッカース硬度を測定したところ，中層域では顕著な粒成長が確認され，粒成長によるWC粒子の粗大化に伴い，硬さが約1470-1570 HVと比較的低くなっていた．上層域では，粒成長はそれほど進行しておらず，WC超微細粒組織となっており，硬さが約1560-1770 HVと高硬度を示した．結果として積層材の中層域から上層域までWC粒子径が段階的に小さくなり，硬度が段階的に高くなった傾斜構造が得られた．以上の様に，今年度はLDEDによる積層造形プロセスにおいて，WCナノ粒子を用いることによって，最大で約1770 HVの硬度を示す組織の微細化を達成した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
レーザ指向性エネルギー堆積法によるナノ粒子の積層造形における造形材の組織微細化のためのレーザ加工条件が明らかにされ，研究計画の予定通りに実施できているため．
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度はこれまでの研究結果を踏まえて，WCとCoの体積比やWC粒子径が段階的に傾斜した高硬度・高靭性を有する傾斜機能複合材料の積層造形を実現する．
|
| Causes of Carryover |
2020年度に予定されていた国際学会が，新型コロナウィルスのために2021年度に延期されたために旅費等の使用を見合わせたため．この国際学会はオンライン実施となったため，計上していた経費は論文掲載料等にあてることで，研究成果の公表に努め，有効に使用する予定である．
|
