2014 Fiscal Year Research-status Report
金属箔圧接とレーザー照射によるマグネシウム合金の機能性皮膜形成とその特性評価
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25420060
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
原田 泰典 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30218656)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 表面処理 / 表面改質 / マグネシウム合金 / 熱処理 / ショットピーニング / 金属間化合物 / 塑性変形 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
実用軽金属であるマグネシウム合金の表面特性を向上させるため，ショットピーニングを利用した異種金属の接合とその後のレーザ照射によって機能性皮膜を形成させることを主目的としている．試験方法は，市販のマグネシウム合金AZ31に対して純鉄粉末をサンドイッチした純アルミニウム箔を接合した後，レーザ照射の加熱によって表面層の合金化である．2年目となる継続研究では，まず初年度で得られた良好な皮膜形成の加工条件を基準として，加熱条件であるレーザ照射条件を変化させて皮膜形成への影響について調べた．純鉄粉末とアルミニウム箔の積層は2層以上の条件とし，純鉄粉末の供給量は１平方ミリあたり0.5mgとした．厚膜形成と合金化の関係を調べるため，純鉄粉末と純アルミニウム箔を交互に積層した多層膜を形成させるための接合条件を調べた後，レーザ照射による加熱による合金化の照射条件について調べた．得られた結果を以下に示す．レーザ照射条件として，600～1000Wの範囲で表面への加熱が可能であることがわかり，照射速度5mm/sの条件では800Wの照射出力が最も良好な皮膜形成が得られることが明らかとなった．皮膜の硬さはHV200～400を示し，最大で約HV700を示した．光学顕微鏡による組織観察によっても，明らかに母材とは異なる組織を呈しているのがわかった．また，この良好なレーザ照射条件では，形成した皮膜は母材であるマグネシウム合金とほとんど反応してないことがわかった．以上より，これらの結果は皮膜形成の上で重要であり，厚膜の皮膜をもつ合金層を形成するためには純鉄粉末と純アルミニウム積層数とレーザ照射条件の関係が大きく影響することが明らかになった．
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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
初年度に引き続き2年目の継続研究において，ショットピーニングを利用したマグネシウム合金への異種材の接合条件を明らかにし，さらに機能性材料である金属間化合物の形成を可能にする最適なレーザ照射条件を明らかにした．研究計画にほぼ沿った試験を行い，耐摩耗性を高めるための厚膜の形成と加熱条件の関係を調べることが遅れているが，機能性のある金属間化合物を形成させる異種材料の供給量，積層数およびレーザ照射条件を明らかにすることができた．したがって，これまでに得られた内容から当初計画した研究内容をおおむね実施出来たと考えられる．現在までの達成度を以下に示す．継続年度の計画において，加熱状態をより安定させるため，加熱装置の改良を行った．新たに作製した加熱装置を用いて，純鉄粉末をアルミニウム箔でサンドイッチした複数積層材として良好な接合条件を調べ，合金層形成のための粉末の最適供給量を計画通りに進展させた．次に，合金層形成のためのレーザ照射条件を調べ，照射出力や照射速度などの最適加工条件を計画通りに進展させた．次に，複数積層材における硬さ試験や組織観察の評価によって合金層の材料特性を調べ，合金化の程度を確認することを計画通りに進展させた．したがって，実施した研究状況から，耐摩耗性の評価が遅れているが，計画した通りの成果は得られているため，おおむね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度と2年目の継続研究においては計画通りに進んだため，最終となる本年度は計画通りに進展させる．主な計画として，耐摩耗性を高めるための厚膜の皮膜形成を試み，熱処理によって形成した金属間化合物の硬さ測定と組織の同定を行う計画で，微小硬さ試験機とX 線回折によって調べる．次に，厚膜が形成した試験片に対する摩耗試験を行う計画である．具体的には，組織観察やX 線回折などの結果から，皮膜形成が十分に行われている試験片に対して，研磨紙を表面にもつ円板を一定荷重で負荷して研削量による耐摩耗性の評価を行う計画である．また耐食性の評価は研究期間が限られているので海水等による腐食試験による簡易評価を行う計画である．最後に，追加試験も含めながら総括を行う計画である．
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| Causes of Carryover |
試験材料であるマグネシウム合金の購入費が低く抑えられたことと、加工用治具の再利用を行うことによって、次年度使用額が生じたためである。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度である研究期間において、試験材料や工具材料として使用する計画である。
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