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2014 年度 実績報告書

表面改質層のフェムト秒レーザー援用ナノ構造化による高機能金属表面の創製

研究課題

研究課題/領域番号 24360312
研究機関福井工業高等専門学校

研究代表者

安丸 尚樹  福井工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90158006)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードフェムト秒レーザー / アブレーション / 表面硬化層 / 窒化・浸炭 / DLC / ナノ構造 / トライボロジー
研究実績の概要

γ系ステンレス鋼のSUS304(18Cr-8Ni),焼入れ低温焼戻し後の金型用鋼(1.5C-12Cr)および純チタンに対し,窒化・浸炭等の表面硬化処理を行い,母材への熱影響を少なくしてHV900以上の表面硬化層を形成した.次に,表面硬化層上にフェムト秒レーザーをスポットで固定照射し,レーザーフルーエンスと照射パルス数を変化させた時の照射痕の形状をSPMで測定することにより,加工速度やアブレーション閾値を求めた.また, SEMにより,照射面に加工されるナノ構造の間隔や形状を観察した.なお合金成分であるCrの影響を明らかにするため,Cr非含有の低炭素鋼SS400(0.1C)に対して,同様な照射実験を行った.その結果,レーザーの加工速度をフルーエンスの対数で表示すると,通常は右上がりの直線になるが,表面硬化処理材では高フルーエンス側で加速し,2次曲線になることを見出した.また,硬化層表面のナノ構造の間隔はCrを含有しない低炭素鋼より小さくなることを見出し,Crの窒化物や炭化物の形成が関与していることを明らかにした.
また,硬化層表面の15mm角の面積に平面状に均一なナノ構造を加工し,さらにこのナノ構造表面にDLC薄膜をスパッタリング法により被覆した.このナノ構造を加工した合金鋼の表面硬化層や,さらにDLCを被覆した複合改質層に対し,ボール・オン・ディスク型摩擦摩耗試験機を用いて,大気中乾式下で摩擦係数を計測した.その結果,窒化層上へ固体潤滑膜のDLCを被覆すると,超硬ボールに対してはμ値が大幅に低下した.さらに窒化層上にナノ構造を加工後DLCを被覆すると,金型用鋼の場合はSUJ2ボールに対しても効果が高いことが判明した.成果の一部は,レーザー精密加工国際シンポジウムLPM2014(リトアニア)等に発表し,論文誌JLMNに掲載された.

現在までの達成度 (段落)

26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

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] フェムト秒レーザーによる窒化された合金鋼および低炭素鋼表面のナノ構造形成2015

    • 著者名/発表者名
      西澤隆宏、安丸尚樹、千徳英介、木内淳介
    • 雑誌名

      日本機械学会北陸信越支部第44回学生員卒業研究発表講演会講演論文集

      巻: なし ページ: 1~1

  • [雑誌論文] Femtosecond-laser-induced nanostructure and high ablation rate observed on nitrided alloy steel2015

    • 著者名/発表者名
      N. Yasumaru, E. Sentoku, M. Haga and J. Kiuchi
    • 雑誌名

      Journal of Laser Micro/Nanoengineering

      巻: 10 ページ: 33~37

    • DOI

      10.2961

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Femtosecond-laser-induced nanostructure and high ablation rate observed on nitrided alloy steel2014

    • 著者名/発表者名
      N. Yasumaru, E. Sentoku and J. Kiuchi
    • 雑誌名

      Proceedings of LPM2014 - the 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication,

      巻: なし ページ: 1~5

  • [雑誌論文] 合金鋼窒化層表面のナノ構造形成とアブレーション現象の特徴2014

    • 著者名/発表者名
      安丸尚樹、千徳英介、木内淳介
    • 雑誌名

      表面技術協会第130回講演大会講演要旨集

      巻: なし ページ: 110~110

  • [学会発表] フェムト秒レーザーによる窒化された合金鋼および低炭素鋼表面のナノ構造形成2015

    • 著者名/発表者名
      西澤隆宏、安丸尚樹、千徳英介、木内淳介
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部第44回学生員卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      新潟工科大学(新潟県)
    • 年月日
      2015-03-06 – 2015-03-06
  • [学会発表] 合金鋼窒化層表面のナノ構造形成とアブレーション現象の特徴2014

    • 著者名/発表者名
      安丸尚樹、千徳英介、木内淳介
    • 学会等名
      表面技術協会第130回講演大会講演会
    • 発表場所
      京都大学(京都市)
    • 年月日
      2014-09-22 – 2014-09-22
  • [学会発表] Femtosecond-laser-induced nanostructure and high ablation rate observed on nitrided alloy steel2014

    • 著者名/発表者名
      N. Yasumaru, E. Sentoku and J. Kiuchi
    • 学会等名
      LPM2014 - the 15th International Symposium on Laser Precision Microfabrication,
    • 発表場所
      ビリニュス(リトアニア)
    • 年月日
      2014-06-18 – 2014-06-18

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公開日: 2016-06-01  

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