| 研究概要 |
改質用母材上に溶躬用合金粉末(80%Ni-20%Cr:最大厚さ〜0.6m)を布置した試料に対して、研究代表者らが設計開発を行った、ビーム加速電圧500kVの超高電圧電子ビーム熱源装置を用いて、浸透熱源作用を有する500kV電子ビームを照則し、粉末と母材の一部を溶融することにより金属材料の高品質表面改質を試みた。施工方法はビーム出力(0.3〜3kW)、ビーム直径(4〜7mm)、ビーム走査速度(0.75〜2mm/s)及びNi-Cr合金粉末の厚みを変化させて10^<-2>Paの真空度中でビーム照射し、高品質溶融ビード形成の可能性を明らかにした。以下に得られた結果の要約を示す。
(1)工具鋼及び軟鋼表面に80%Ni-20%Cr合金粉末の布置する厚みを0.6mm前後まで増加させても、ビーム出力および密度を精密に調整することにより、ポロシティ等の溶融凝固部欠陥が極めて少なく、厚さ0.4〜0.8mmで元素がほぼ均等に固溶した溶融ビードが得られている。
(2)微細合金粉末の使用に対して、セッティング作業及びビーム照則中に粉末の飛散現象を防ぐため、10tonプレスで合金粉末を厚さ0.4mmに固め、溶融ビードを形成した場合、溶融部の挙動も穏やかで、スパッタリングの発生も極めて少なく、Fe,Ni,Cr元素の含有量がそれぞれ50%前後、40%台、10弱でポロシティ等の欠陥の発生も無い良好な溶融ビードが得られ、この方法は電子ビームの浸透熱源作用の効果をより高める。
(3)SK4鋼母材を用いて形成した厚みが約0.4mmの溶融ビードに対して、5%硫酸腐食試験では,Cr元素が10数%でもSUS304ステンレス鋼に近い、耐酸性の結果が得られている。今後、粉末のCr元素成分の調整によって耐食性の向上が期待できる。
さらに現在進行中ですが、浸透熱源の実証実験として、厚さ0.1mmの純鉄に対して電子ビームの透過を試みている。400kV加速の電子ビームの場合、ビームの約1/3が透過し、文献の浸透深さのデータと合い、電子ビームの運動エネルギーが浸透深さに応じて、熱に変化ことが理解できる。
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