| 研究課題/領域番号 |
19H02027
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 京都工芸繊維大学 |
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研究代表者 |
森田 辰郎 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (90239658)
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| 研究分担者 |
武末 翔吾 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 助教 (00846058)
小茂鳥 潤 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30225586)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2019年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
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| キーワード | 三次元プリンタ / LPBF / チタン合金 / 高周波誘導加熱 / 高速酸窒化 / 疲労強度 / 摩擦摩耗特性 / 三次元プリンター / SLM / 耐摩耗性 / 積層造形 / 高周波加熱 / 表面処理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
新たに考案した先進的急速高温加熱処理により，三次元プリンタ製チタン合金の耐摩耗性，疲労強度および延性を同時に改善しようと試みる．この熱処理では，材料表面を高温まで急速加熱することにより，大気構成元素を高速拡散させて表面硬化させ，短時間に耐摩耗性を改善する．以上により得られた成果は，医療用カスタマイズドインプラントの実用化や航空宇宙関連部品の高性能化・軽量化に寄与する新たな基盤技術として社会へ還元する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，新たに考案した先進的急速高温加熱処理により短時間（60 s）に三次元プリンタ製チタン合金の疲労強度を顕著に改善することに成功した（改善率550%）．また，同熱処理を微粒子衝突処理と複合化することで，その疲労強度は展伸材と同水準にまで向上した．大気中での上記熱処理により生じる急速酸窒化は厚さ100 μmの硬化層を形成させた．その結果，摩擦係数は0.17まで大幅に低下すると同時に摩耗量が顕著に減少した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で得られた成果は，直接的には三次元プリンタ製チタン合金から造形される医療用インプラントや各種製品の高性能化を達成するために活用可能である．特に疲労強度の改善効果は，この材料の主たる問題点を後処理により解決可能であることを意味しており，応用範囲は広い．また，本研究で得られた摩擦摩耗特性の改善に関わる知見は，ステンレス鋼やアルミ合金等にも応用可能と考えられ，さらなる活用が期待される．
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