| 研究課題/領域番号 |
19K04110
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| 研究機関 | 山陽小野田市立山口東京理科大学 |
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研究代表者 |
吉村 敏彦 山陽小野田市立山口東京理科大学, 工学部, 教授 (20353310)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 超高温高圧キャビテーション / 時効処理 / ピーニング時効処理 / アルミニウム合金 / ソノルミネセンス / 気泡発光 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、我々が世界に先駆けて開発した新しい超高温高圧キャビテーション(UTPC)の温度、圧力を制御し、従来にないアルミニウム合金のピーニング時効処理技術を確立する。アルミニウム合金が使用されている自動車等輸送機械の部品製造ラインにおける時効処理時間の短縮化、既存の輸送機械アルミニウム部品の疲労強度の向上および部品の薄肉化と省エネ化を目指す。
ウォータージェト圧力(15～35MPa)と超音波出力(100～800W)、施工時間(2～60min)に対する気泡温度（発光波長、発光強度）との関係を明らかにすることができた。ウォータージェト(WJC)圧力と超音波出力、施工時間に対する気泡温度との関係を明らかにすることができた。ここでキャビテーション気泡より発生する光子数(発光強度)を計測し、気泡温度を推定した。本実験では、検出感度が波長範囲に依存する2種類のフォトンカウンティングヘッド(光子計数ヘッド:光電子増倍管付き、浜松ホトニクス株式会社製)を使用した。表面改質中の様々なタイプのキャビテーション加工からの発光を測定し、Planckの黒体放射法と発光強度（検出器の感度を補正）を使用して、様々タイプのキャビテーションの気泡内の温度を推定することができた。
ウォータージェト圧力と超音波出力、施工時間に対する熱処理による時効条件（温度、時間）との関係を明らかにすることができた。
UTPCによるT6処理（溶体化処理(535℃×8h)後、人工時効(155℃×6h)）を再現し確立することができた。
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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
ウォータージェト(WJ)圧力と超音波出力、施工時間に対する熱処理による時効条件（温度、時間）との関係を明らかにすることができた。UTPCによるT6処理（溶体化処理(535℃×8h)後、人工時効(155℃×6h)）の再現し確立した。また、UTPC(WJノズルに旋回ノズルを付加：SFN-MFC)において、超音波の出力を800Wまで高め（溶体化模擬）後、超音波の出力とWJ圧力を下げて保持する（時効処理模擬）。これにより、圧縮残留応力、耐食性及びクラックレス層を付与できた。
WJC圧力と超音波出力、施工時間に対する気泡温度（発光強度）との関係を明らかにすることができた。気泡より発生する光子の波長と強度を計測し、Planckの黒体放射法と発光強度（検出器の感度を補正）の関係を用いて、様々なタイプのキャビテーションの気泡内の温度を推定できた。発光強度は大きい方から、UTPC(4,600K)>MFC(4400 K)>UC(4,000K:UC基準)>SFN-WJC(3,750K)>WJC(3,700K)の順であった。キャビテーション処理後の圧縮残留応力は大きい方から、UTPC>MFC>UC>SFN-WJC>WJCの順であり、材料硬度は同じ順序に従った。発光強度と温度が最も高いUTPC処理は、処理後の表面粗さやそのバラツキが最も小さく、耐食性を示す腐食電位（表面電位）が最も高かった。
本研究成果を26th Assembly Advanced Materials Congressで学会発表し、International Journal of Advancements in Technologyで論文発表することもできた。
以上のことより、当初の計画に対しておおむね順調に進展していると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
2019度の成果をもとに、今後以下の研究を推進する予定である。
2020年度はT6処理後の試料にUTPC処理による上乗せ時効処理による高強度化（自動車ホイール対応）を行い、キャビテーション処理技術を確立する。自動車部品の薄肉化を基礎検討する。
超高温高圧キャビテーション(UTPC)によるT4処理（溶体化処理(535℃×8h)後自然時効させる）の再現し確立する。また、UTPCにおいて、超音波の出力を800Wまで高め、表面の温度を溶体化温度まで高め（溶体化模擬）後、放置して自然時効を行う。
2021年度はUTPCによるT5処理（溶体化処理しないで人工時効）再現し確立する。UTPCにおいて、超音波の出力とWJ圧力を下げて保持する（時効処理模擬）。これにより、圧縮残留応力、耐食性及びクラックレス層を付与する。
本研究の成果により、自動車等輸送機械の部品製造ラインにおける時効処理時間の短縮化、既存の輸送機械アルミニウム部品の疲労強度の向上および部品の薄肉化と省エネ化を実現するための生産技術として普及すると期待される。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
計画では、気泡からの発光を波長を変えることのできる発光スペクトル測定装置（浜松フォトニクス製）120万円により検討する予定であったが、購入前テストしたところ、感度が低く測定でになかった。そこで、波長を可変できないが、高感度で安価なフォトンカウンティングヘッドＨ9319-02、Ｈ9319-11に変更したため。
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