| 研究課題/領域番号 |
18H01348
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
夏 恒 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40345335)
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| 研究分担者 |
花崎 逸雄 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任准教授 (10446734)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 電解加工 / 難加工材 / 電流密度 / 不働態被膜 / 吸引工具 |
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| 研究実績の概要 |
電気化学の原理を利用した電解加工は、電気化学反応により加工表面に不働態被膜（耐食性を持つ薄膜）が生じやすいチタン合金のような難加工材の走査加工を行うと、加工面が部分的に加工されたりされなかったりする不安定な加工現象が生じることが明らかになった。そこで、本研究では、従来の吸引工具に補助陽極を実装し、電流域を絞り込み、低電流密度域に触れる時間を短くし、材料の溶出を妨げるほどの不働態被膜が生じず難加工材の走査電解加工が実現できることを目的としている。
今年度は、電解作用により生成された不働態被膜上で電解加工を行うことで、被膜が電解加工にどのような影響を与えるのかを調査した。不働態被膜の発生は、電解液の濃度、温度、電流密度などによって異なる。特に、電極を工具と水平に走査するような場合には、低電流密度領域で除去加工が生じないにもかかわらず、不働態被膜が生成されるため、加工前に被膜が厚くなる。これにより、チタン合金の走査電解加工では、走査に従って加工量が減少し、まばらな加工となる問題が生じる。そこで、チタン合金の電解加工精度と加工面品質の向上を目指すことを目的として、加工条件が不働態被膜の発生に及ぼす影響を調査したうえ、補助陽極を付与した電解液吸引工具を用い、不働態被膜発生を抑制する検証実験を行った。その結果、下記のことを明らかにした。①チタン合金の場合、電解作用により不働態被膜が生成され、その後の加工が阻害される。②加工量は、被膜生成時間が長くなるにつれ徐々に減少し、その後は増加する。③加工量の減少がピークとなる被膜生成時間は、電極移動距離によって異なり、電極からの距離が近いほど早い。④被膜生成時間による加工量の増減は、15 Vおよび20 Vの場合には、印加電圧によらない。⑤補助陽極を用いることで電流域が制限でき、チタン合金表面の不働態被膜の発生が抑制できる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
昨年度新たに設計・製作した補助陽極を有する電解液吸引工具を用いて、チタン合金の電解加工を行い、加工特性を調べて、提案の電解液吸引工具は不働態被膜が発生しやすい材料の電解加工に有効であることを検証している。また、不働態被膜の発生状況を明らかにするため、不働態被膜生成時間および電極の移動距離を変化させ、加工実験により、被膜上の加工痕を輪郭形状測定器によって、不働態被膜生成時間と被膜生成からの距離の影響を調べた。また、被膜生成の電圧印加時の電圧を変化させ、被膜生成電圧の影響を調べた。なお、昨年度に引き続き、加工表面の元素分析を行い、またエッチング技術との併用により、不働態被膜の厚さの測定を試みている。上記により、ほぼ計画通りに研究を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
不働態被膜の発生に及ぼす加工条件の影響を明らかにし、補助陽極を有する電解液吸引工具がチタン合金の加工時の不働態被膜発生を抑制できることを確認したが、提案電極を走査した場合の加工特性や、不働態被膜発生の定量分析、工具の走査による加工面の不動態被膜の発生と崩壊の主な影響因子の解明はまだ不十分である。また、チタン合金の走査電解加工にて、パルス幅を変化させることによってパルス間隔に応じて線状の加工痕が見られるが、この線間隔や線の幅の関係について明らかになっていない。なお、チタン合金の電解加工特性に大きな影響を与える電解液種類や濃度などの影響も明らかにする必要がある。そこで、今年度は、以下の研究項目を実施し、提案工具による難加工材の走査電解加工が実現する。①環境に悪影響を与えず、人体に優しい塩化ナトリウム電解液および硝酸ナトリウムの濃度を変えて、加工実験を行い、それぞれの場合の加工特性および不働態被膜の発生状況を調べ、最適な電解液種類と濃度を見出す。 ②提案工具を用いて、チタン合金の走査電解加工を行い、その有効性を確認すると同時に、走査電解加工の最適加工条件を確立する。③走査速度およびデューティ比を変化させて実験を行い、線状加工痕形状を決定する条件を調査し、線状加工痕の発生メカニズムを解明する。④不働態被膜の生成と破壊は、印加電圧、走査速度、材料などの複数因子の影響を受けるため、各条件を変えて加工現象の観察と加工量データの収集を行い、X線光分子分光分析装置（XPS）により表面分析を行い、不動態被膜の発生を定量的に分析する。特に、これまで不明であった不働態被膜の厚さとその影響要因を明らかにする。⑤COMSOLを用いて、電解液流れや走査加工時の電流密度分布を解析し、実験結果と照合することにより、不働態被膜の生成から破壊までの過程を解明する。
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