2020 Fiscal Year Research-status Report
環境負荷軽減に寄与するプラスチック容器内で実現可能な超高速浸炭技術の確立
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20K05177
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
平田 智丈 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 (20359433)
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| 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)
横山 雄二郎 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 (30359418)
星野 英光 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 (60359396)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 浸炭 / レーザ / 鋼 / 熱処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鋼の浸炭処理は、鋼製動力伝達部材等の表面硬化処理として不可欠な技術であるが、その処理過程で排出される多量の温室効果ガスが問題となっている。さらに、浸炭処理は多量のエネルギーと浸炭ガスを消費するため、これらを低減することも喫緊の課題である。本研究では、レーザを利用した独創的な「超高速浸炭技術」を提案し、さらにその実用化の可能性を検証することで、環境負荷軽減に大きく貢献できる制御性の高い浸炭技術を確立し、鋼の浸炭処理の新たな展開・波及を図る。
初年度は、基礎的なデータを収集するために、複数のバルブを設けた透明容器中に試料を置いて容器内を排気し、その後に一定量のプロパンガスを封入した上で容器外から試料にレーザを照射し、浸炭処理の可能性を検証した。その結果、レーザ照射により1000℃程度に加熱するだけでは、浸炭は難しいことがわかった。しかしながら、より高温となる1200℃程度にまで加熱することができれば、1分以内の極短時間の加熱であっても、浸炭できることがわかった。
そこで、この超高速浸炭メカニズムをより詳細に解析するために、容器内のプロパンガスの濃度を変化させ、浸炭の状態を比較検証した。プロパンガスの濃度の違いにより、浸炭状態が変化する傾向が認められたが、結果のばらつきが大きく、すなわち再現性が乏しいという問題が生じた。この要因を検証するために、前処理等のいくつかのパラメータに注目し、それらの影響を調査した。今後は、結果のばらつきに影響する要因を特定し、再現性を高めた実験方法を確立した上で、容器内のプロパンガス濃度の影響を調査し、超高速浸炭メカニズムをより詳細に解析していく予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナウィルスの影響により在宅勤務が多くなり、さらに実験に必要となる部品の手配等に通常より時間を要した。そのため、浸炭状態の再現性欠如の要因を調査するにあたり、十分な実験時間の確保が難しく、その要因を特定するに至らなかった。その結果、実験スケジュールがやや遅れた状況にあるが、再現性欠如の要因は、概ね絞り込むことができている状況で、次年度でその遅れを取り戻し、スケジュール通りに進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は以下の3つの項目を重点的に研究を進める。
1)レーザ照射前の前処理方法の検証：種々の前処理を適用し、レーザ照射後の浸炭状態の調査を行い、再現性の高い前処理方法を確立する。
2)炭素流入速度に及ぼすガス圧（濃度）と浸炭温度の影響調査：浸炭速度はガス圧に依存することが知られているため、高速浸炭の実績があるプロパンガスを用いて、容器内のガス圧、すなわちガス濃度を変化させ、さらにレーザ照射条件の制御により処理温度を変化させて、これらの関係を調査する。
3)ガス種の影響調査：浸炭速度は、使用ガスの化学反応に律速されることがある。浸炭には炭化水素系のガスを使用するが、鋼表面に吸着したガスが鋼による触媒作用を受けて分解し、炭素が鋼内部へ侵入・拡散する。そこで、これまではプロパンガスを使用してきたが、この他にもメタンあるいはアセチレンなどのガスを用いて実験を進め、超高速浸炭に最適なガス種を調査する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルスの影響により、多くの学会がWeb開催に変更された。そのため、予定していた出張がほとんどなくなり、次年度使用額が生じた。しかしながら、次年度に繰り越す助成金を活用し、今年度の学協会活動をより積極的に行うとともに、実験設備もより充実させ、優れた成果を生み出したいと考えている。
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Research Products
(2 results)
