2014 Fiscal Year Research-status Report
微小量潤滑下での難削材高効率加工用TiB2+α-MoS2コーテッド工具の開発
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26420058
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| Research Institution | Tokai University |
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Principal Investigator |
神崎 昌郎 東海大学, 工学部, 教授 (20366024)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 切削加工 / コーテッド工具 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，Ti合金等の難削材切削加工の高効率化（高速化・ドライ化）を実現するコーテッド工具の開発を目的とする．具体的には，TiB2系膜の硬度，密着性および高温潤滑性能（ガラス質固体B2O3の生成溶融）を高めるためにBを過剰に添加し，500℃以下での潤滑性向上を目的としてMoS2を複合化したコーティング材（TiB2+α‐MoS2複合膜）を開発する．コーティング材の耐熱性，硬度の維持を目的として，潤滑性発現に必要なMoS2添加量を10%以下にするとともに，切削温度の上昇を抑えBの脱離を防止するために切削油を供給する．コーティング材との親和性が高い切削油を開発することにより，供給量を微小量（100ml/h程度）に抑え環境負荷の低減も目指す．
本研究の第一段階としてB添加量を制御し，TiB2+α膜の硬度，密着性および高温潤滑性向上を図り，その上で，MoS2と複合化しTiB2+α‐MoS2複合膜を創成した．複合膜形成時の酸素分圧の制御およびバイアス電圧印加により，MoS2の結晶性を向上させ（層状構造を発達させ），MoS2含有量10%以下で高潤滑性を発現させることを検討している．さらに，複合膜との親和性の高い切削油を開発し，微小量潤滑下でさらに高い潤滑性を付与を目指している．これらを実現した後，実際のスローアウェイチップに複合膜をコーティングし，Ti合金等の切削加工実験を行う準備をしている．切削抵抗等の測定を通して，B添加量やMoS2含有量と加工性能の関係を明らかにし，コーテッド工具の高性能化を目指すとともに，難削材の高効率加工技術を確立していく．
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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
「研究実績の概要」で述べたように，B添加量を過剰にすることにより，TiB2+α膜の硬度，密着性は改善できている．そのTiB2+α膜をベースとしたTiB2+α‐MoS2複合膜の創成が可能となっており，Ti合金をはじめとする難削材切削用コーティング材に必要な硬度・密着力および潤滑性能を高い次元で満たす薄膜の創成は可能となっている．特に，TiB2+α‐MoS2複合膜において，無潤滑下で摩擦係数0.05という超低摩擦を実現したことは大きな成果である．これらが平成26年度の研究における主たる成果であり，研究が「おおむね順調に進展している」とする理由である．
上述のような高硬度・高密着力のTiB2+α膜をコーティングした工具を用いてTi合金の切削を行ったところ，切り屑排出性は明確に改善された．ただし，切削後の工具表面においてガラス質固体（B2O3）の生成は確認できておらず，切削性向上の要因を突き止めるに至っていない．また，B2O3の生成およに高温潤滑特性の発現に最適なB添加量は現時点では不明確である．この点においては，平成26年度の研究の達成度には多少順調でなかった部分があると言わざるを得ない．
なお，ミストホール付バイトを用いた微小量潤滑下での難削材加工実験を行い，工具刃先温度をBが脱離する600℃以下に抑える切削油量およびキャリアガス供給量に目処をつけることに関しては順調に進展した．
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度の研究成果を踏まえ，TiB2+α膜を高温大気中で一定時間保持し，熱処理による結合状態，結晶構造，表面形状の変化の評価から着手する．これらの結果からガラス質固体（B2O3）の効率的生成に有効なB添加量を明確にするとともに，200℃（現有摩擦試験機の最高試験温度）において荷重（P）および速度（V）を変化させながら摩擦係数を測定し，摩擦温度が上昇する高PV領域での摩擦特性とガラス質固体の生成および溶融との関係を明確にする．
TiB2+α‐MoS2複合膜形成時の基板に0～-300Vのバイアス電圧を印加し，結晶性の高い（層状構造が発達した）MoS2が得られる条件を明らかにするとともに，摩擦特性を評価し，MoS2含有量10%以下で高潤滑性が得られるTiB2+α‐MoS2複合膜形成条件（印加電力，バイアス電圧，酸素分圧）を決定する．
微小量潤滑下で優れた摩擦特性を得るためにはTiB2+α‐MoS2複合膜との親和性の高い切削油（低環境負荷の植物油あるいは生分解性合成エステル油）の開発が必要である．この切削油の開発は研究協力者のフジBC技研とともに進める．また，キャリアガス中の酸素の有無やキャリアガス供給量による切削抵抗の変化を測定し，TiB2+α‐MoS2コーテッド工具に最適な加工条件を明らかにする．なお，TiB2+α‐MoS2複合膜との親和性の高い切削油の開発およびキャリアガスの選定により，被削材の種類によらずTiB2+α‐MoS2コーテッド工具での優れた切削性が得られ，かつ通常の1/1000以下の切削油供給量（100ml/h程度）で潤滑性の発現が期待される．
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| Causes of Carryover |
申請時には平成26年度の予算を279万円としておりましたが，配算された予算が220万円であり，購入予定であった物品（ビデオマイクロスコープ）の購入ができなくなりました．そこで40万円前倒し支払を請求し，それが認められました．
26年度の購入はビデオマイクロスコープのみにし，かつ前倒し支払の請求が10万円単位でしか行えなかったため，次年度使用額が生じてしまいました．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度使用額は元来27年度に使用する予定のものであり，切削加工実験用工具や成膜用ターゲット等の購入に使用する予定です．
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Research Products
(8 results)
