2021 Fiscal Year Research-status Report
Fuctionality of P/M high-entropy alloys by active screen plasma nitriding
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21K04723
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
西本 明生 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (70330173)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 高エントロピー合金 / 表面改質 / プラズマ窒化 / ホウ化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
fcc系高エントロピー合金は、温度低下とともに強度が増加するばかりでなく、延性および破壊靭性が向上するという特異な力学特性を示すが 、硬さは低く耐摩耗特性に劣るという欠点がある。本研究では、メカニカルアロイングと焼結法により作製した高エントロピー焼結合金に対して、アクティブスクリーンプラズマ窒化ならびにプラズマホウ化処理を行い、前述したfcc系高エントロピー合金の欠点を補うことを試みる。本研究を推進することにより、高エントロピー合金母材の強化とともに窒化層ならびにホウ化層による表面の更なる高硬度化や耐摩耗性改善が期待できる。また、スクリーンを用いるアクティブスクリーンプラズマ窒化法を適用することにより、硬さおよび耐食性に優れる拡張fcc相の形成も期待できる。
高エントロピー合金のプラズマ窒化では、出発材料である粉末のボールミリングにより焼結体の密度の向上、硬さの増加、耐摩耗性の向上が認められた。焼結体の窒化後の試料において、ボールミリングにより焼結体に転位が導入されることで、表面窒素濃度の向上、表面硬さの向上が認められた。
高エントロピー合金のプラズマホウ化では、ホウ化処理条件を温度1073, 1173, 1273 K、時間0.5, 1, 3 hとして系統的にホウ化処理を行い、断面の硬さ測定、断面のGD-OESによる元素分析および耐摩耗性の評価を行い、ホウ素の拡散による表面改質が認められた。
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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
2021年度の実験に関しては，高エントロピー焼結合金のアクティブスクリーンプラズマ窒化を実施できたので，おおむね順調に進展している。さらに高エントロピー合金のプラズマホウ化についても実施し、論文発表もできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) アクティブスクリーンプラズマ窒化処理：2021年度に得られた結果から、ボールミリング条件、窒化処理温度およびガス組成のパラメータを絞り込み，系統的にアクティブスクリーン窒化処理を行う。
(2) プラズマホウ化処理：2021年度に得られた結果から、ボールミリング条件、ホウ化処理温度およ時間のパラメータを絞り込み，系統的にアクティブスクリーン窒化処理を行う。
(3) 特性評価：窒化・ホウ化処理後の試料について，外観観察，X線回折，表面粗さ測定，走査電子顕微鏡による組織観察，摩擦・摩耗試験機による摩擦・摩耗特性等により調査することにより，プラズマ窒化・プラズマホウ化特性における緻密かつ硬質の皮膜が得られる最適な処理条件を明らかにする。
(4) 成果発表：秋に九州地方で開催される日本金属学会秋期講演大会ならびに中部地方で開催される日本熱処理技術協会秋季講演大会にて成果発表を行う。さらにオーストリアで開催されるIFHTSE国際熱処理表面処理会議において，成果発表を行う。論文発表として,「Surface and Coatings Technology」などの海外の英文誌に投稿する。
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| Causes of Carryover |
2022年度への繰越金が生じたが，これはコロナ禍により学会の講演大会がオンライン化されることにより、旅費の支出がなくなったことによる。
2022年度の研究費の使用計画としては，2021年度の繰越金も含めて以下の使用計画としている。
物品費として金属粉末、研磨紙，埋込み用樹脂，切断砥石等の消耗品費を予定している。旅費として国内および海外での成果発表のための交通費を予定している。さらに人件費・謝金として大学院生による研究補助の謝金を予定している。
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