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2020 年度 実績報告書

窒化バナジウムを含有する高温潤滑複合コーティング膜の開発とその難削材加工への適用

研究課題

研究課題/領域番号 18H01349
研究機関金沢大学

研究代表者

細川 晃  金沢大学, 設計製造技術研究所, 教授 (40199493)

研究分担者 小谷野 智広  金沢大学, 機械工学系, 准教授 (20707591)
古本 達明  金沢大学, 設計製造技術研究所, 教授 (60432134)
橋本 洋平  金沢大学, 機械工学系, 助教 (30456686)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードPVDコーティング / 窒化バナジウム / 多層膜 / 潤滑性 / 耐熱性 / 切削工具 / エンドミル / 工具摩耗
研究実績の概要

本研究は多層・複合膜の創成が可能な「対向電極型アーク放電プロセス」を構築し,従来にないバナジウム含有アルミクロム窒化物コーティング膜を創成することを目的としている.
平成30年度は多層・複合膜の創成を行うため,現有のコーティング装置の電極「AIP・FAD置換型蒸着源」に対向させて『直進型磁界フィルタ方式の磁界ステアリング型アークプラズマ蒸発源』を増設した.令和元年度はこの装置を用いて高温で潤滑性を有するVN膜と耐熱性を有するAlCrN膜の多層化に成功し,その機械特性(摩擦係数,硬度,密着強度)を評価した.創成膜は8層のMC(Multilayer coating)-8(RF: AlCrN),116層のMC-116(RF: AlCrN),MC-116(RF: VN)の3種類である.ここで,"RF"は直進型磁界フィルタ方式(Rectilinear Magnetic Filtering)による膜種を示しており,この方式で創成した膜種の含有量が多くなっている.これらVN/AlCrN-多層膜(MC-8, MC-116)はVN 膜と同様に高温領域で摩擦係数が減小するが,500℃まで常温硬度を維持しており,切削工具に適用できるレベルの潤滑性と耐熱性をもつことがわかった.
令和2年度は上記多層膜をエンドミルに施し,プリハードン鋼の切削実験を行った.その結果,MC-8(RF: AlCrN)とMC-116(RF: AlCrN)は高切削速度条件においても逃げ面摩耗幅が小さく,切削温度も低いことが明らかになった.潤滑性をもつVN膜によって切削抵抗は低下するが,工具摩耗の抑制は主として耐熱性のAlCrN膜の寄与が大きいこともわかった.以上の結果を総合し,VN/AlCrN-多層膜は多層コーティングとして提唱されている“ナノ多層膜”ではなく,各膜種がある程度の膜厚をもつことが重要であることを明らかにした.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Studies on high-efficiency and high-precision orthogonal turn-milling-The effects of relative cutting speed and tool axis offset on tool flank temperature2020

    • 著者名/発表者名
      Shimanuki Koji, Hosokawa Akira, Koyano Tomohiro, Furumoto Tatsuaki, Hashimoto Yohei
    • 雑誌名

      Precision Engineering

      巻: 66 ページ: 180~187

    • DOI

      10.1016/j.precisioneng.2020.06.013

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Milling characteristics of VN/AlCrN-multilayer PVD coated tools with lubricity and heat resistance2020

    • 著者名/発表者名
      Hosokawa Akira, Saito Ryo, Ueda Takashi
    • 雑誌名

      CIRP Annals

      巻: 69 ページ: 49~52

    • DOI

      10.1016/j.cirp.2020.04.026

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] FAD法による高温高潤滑VNコーティング膜の開発と切削への適用2020

    • 著者名/発表者名
      宇野高志, 細川 晃, 小谷野智広, 古本達明, 橋本洋平
    • 学会等名
      2020年度精密工学会北陸信越支部学術講演会講演論文集
  • [学会発表] CFRPの高能率・高品位加工 -エンドミル加工における毛羽立ち抑制-2020

    • 著者名/発表者名
      島村知克, 細川 晃, 小谷野智広, 古本達明, 橋本洋平
    • 学会等名
      2020年度精密工学会北陸信越支部学術講演会講演論文集
  • [学会発表] Investigation of Orthogonal Turn-Milling for Higher Machining Efficiency and Accuracy: Relationship Between Material Removal Rate and Measured Tool Flank Temperature2020

    • 著者名/発表者名
      Koji Shimanuk, Akira Hosokawa, Tomohiro Koyano, Tatsuaki Furumoto, Yohei Hashimoto
    • 学会等名
      JSME 2020 Conference on Leading Edge Manufacturing/Materials and Processing (LEMP)
  • [学会発表] Turning of Difficult-to-machine Materials with High Pressure Coolant2020

    • 著者名/発表者名
      Akira Hosokawa, Kazuki Kuwabara, Koki Kosugi, Tomohiro Koyano, Tatsuaki Furumoro,Yohei Hashimoto
    • 学会等名
      18th International Conference on Precision Engineering (ICPE2020)
  • [備考] 金沢大学理工研究域機械工学系・生産加工システム研究室

    • URL

      http://manufac.w3.kanazawa-u.ac.jp/

  • [備考] 金沢大学設計製造技術研究所・研究紹介

    • URL

      http://amti.w3.kanazawa-u.ac.jp/research/biinfo/

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公開日: 2021-12-27  

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