ベイズ最適化を融合した亀裂レスな傾斜組成超硬合金層のレーザ粉体肉盛プロセス開発
| Project/Area Number |
22K03851
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | University of Fukui (2023)
Ishikawa National College of Technology (2022) |
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Principal Investigator |
山下 順広 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (60592607)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
國峯 崇裕 金沢大学, 機械工学系, 准教授 (90612705)
佐藤 雄二 大阪大学, 接合科学研究所, 准教授 (40422547)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | Laser metal deposition / Cemented Carbide / FGMs / Crack / Acoustic Emission / Tungsten Carbide |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、レーザ粉体肉盛法を用い部分的に超硬合金層を形成する技術の確立を目指す。同技術のブレークスルーは形成した超硬合金層内部の亀裂抑制にあるが、亀裂発生要因が未解明のため質の高いLMDプロセスの実現には至っていない。そこで本研究では、AEセンサを用いて亀裂の発生状況を把握し、LMDプロセスと亀裂発生要因との関係を明らかにして亀裂を抑制するレーザ投入エネルギー量の最適条件を導く。さらに、傾斜機能材料の概念を取り入れた超硬合金傾斜組成層を検討し、その組成割合の組合せの決定のために、機械学習の一手法であるベイズ最適化と融合したシステムを構築し亀裂レスな超硬合金層形成技術の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
レーザ粉体肉盛法を用いて、WCの組成の異なる２層の超硬合金層を形成し、その時のき裂数を評価した。き裂の評価には、前年度同様にAEセンサを用いた。AEセンサは、100kHz～1MHzの周波数特性を有する広帯域AEセンサを用い、サンプリングレート2MHzでAE信号のデータを取得した。基材にはSKH51を用い、超硬合金粉末は、平均粒径約30μmの造粒粉とした。
前年度の研究結果から、レーザ光出力120Wの条件では、WC割合が42.9％以下でき裂の発生が認められなかった。そこで本年度の研究では、30.5％と42.9％のWC割合で1層目を形成した。その後、2層目として63.7％WCの層形成を行った。
実験の結果、42.9％WCを1層目とした傾斜組成超硬合金層では、いずれのレーザ照射条件でもき裂の発生が認められ、レーザ光出力が高くなるとともに、き裂数も増加した。また、送り速度を変えた実験では、低速なほどき裂数が減少する傾向であった。一方、30.5％WCを１層目とした実験では、レーザ光出力80Wでき裂の発生が認められなかった。100W以上では、き裂が発生し、レーザ光出力が高くなるにつれ、き裂数が増加した。送り速度の違いでは、低速な条件において、き裂の発生が認められないことが多かった。
本年度の研究成果として、き裂がゼロとなる2層の傾斜組成超硬合金層の形成に至った。しかし、WC割合の広範囲な組成に対して実験をするに至っておらず、今後さらなる実験が求められる。
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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
当初計画していた、低WC割合の中間層を挿入した２層の傾斜組成層を形成する実験を行うことができた。よって、本研究の目的達成に向かって概ね順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
中間層を3層以上とした傾斜組成層の形成実験を行う。また、ベイズ最適化を用いて、無作為に実験した場合に比べ、より少ない実験回数で目的を達成できるように検討を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
