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2015 年度 実施状況報告書

鉄ホウ化物強化と放電焼結の利用による難加工材成形用のユビキタス工具最適化開発

研究課題

研究課題/領域番号 26340101
研究機関広島大学

研究代表者

松木 一弘  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30253115)

研究分担者 崔 龍範  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00457269)
佐々木 元  広島大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30192595)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード鉄ホウ化物放電焼結 / 難焼結材料 / Ni無電解めっき
研究実績の概要

平成26年度に得られた放電焼結体を用いて、難加工材料(Ti-6Al-4V、高張力鋼、Ni超合金、Fe系繊維複合材料など)を相手材料として、リング-オン-ディスク方式の摩擦・摩耗試験を遂行する予定であった。しかし、実用・汎用性を考慮するため最安価の粉末を出発原料とするため、FeB、Fe2B、FeおよびBの4種類の構成相が存在するため、焼結可能温度が各相間で大きく異なり最難焼結材料と位置付けられ、焼結条件の最適化が極めて困難である。なお、Niを無電解めっきしたFeB系粉末を用いても緻密化は幾分促進されるていどであり、真密度化は期待できない。このことは、Ni無電解めっき有無の差によるFeB系粉末の焼結速度を実験的かつ理論的に導出し、相対密度向上が不可能に近い事を世界で初めての知見として得ることとなった。そこで、Niめっき量と焼結条件の関係を考慮しつつ得られたFeB-Ni系焼結体を用いて硬度および圧縮試験の実施止まりとし、組織―機械的特性―焼結条件の相関を得た。なお摩擦・摩耗試験を遂行するには、さらなる高密度化が要求されるため、FeB系粉末にNiを無電解めっきを施したうえ、良好な摺動特性が期待できるMoS2固体潤滑剤の10vol%までの添加を試みた。なお、MoS2の添加によりFeB系粉末中における、幾何学的な粉末の装填改善を利用して焼結空孔の解消を行うことが可能となった。MoS2固体潤滑剤は気相反応により熱分解して残留が困難な事から、熱分解温度付近での放電焼結速度をコントロールする事で、高密度化と理論的にも実際的にも残留が実現したことは特筆するべきである。

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

実用・汎用性を考慮するため最安価の粉末を出発原料とするため、FeB、Fe2B、FeおよびBの4種類の構成相が存在するため、焼結可能温度が各相間で大きく異なり難焼結材料であり、実験的・理論的な放電焼結速度解析より相対密度向上が困難であると見出せた。

今後の研究の推進方策

低相対密度値のため摩擦摩耗試験を取りやめ、硬度・圧縮試験のみを行った。相対密度向上と摩擦・摩耗試験に備え固体潤滑剤MoS2の添加と焼結体内への残留に成功した。幾何学的な粉末装填促進とMoS2の熱分解温度付近での放電焼結速度をコントロールする事で、良好な焼結体を得る。得られた焼結体を用いて摩擦・摩耗試験を行う。さらに焼結体より切削チップを作製して連続・断続切削試験に備える。

次年度使用額が生じた理由

本来、摩擦摩耗試験片の作製と切削用チップの加工費用が当該年度に実施されなかったことと、固体潤滑剤を購入せず手持ちの物を使用したため。

次年度使用額の使用計画

FeB系粉末に固体潤滑を添加しそれらをNi無電解めっき処理し、焼結性を向上させるため、真密度に近い焼結体が得られることを明らかにしたので、本来当該年度に予定していた摩擦摩耗試験や切削試験を遂行できる。そのため、当該年度と翌年度の助成金の合算を請求する。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Spark Sintering Behavior of Ubiquitously Fe-B and Fe Powders and Characterization of Their Hard Composites2016

    • 著者名/発表者名
      Shaoming Kang, Zhefeng Xu, Yongbum Choi, Kenji Fujita, Kazuhiro Matsugi and Jinku Yu
    • 雑誌名

      Materials Transactions

      巻: 57 ページ: in press

    • DOI

      in press

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Preparation of FeB-Ni Hard Materials by both Electroless Plating and Spark Sintering, and their Mechanical Properties2016

    • 著者名/発表者名
      K. Shaoming, Z. XU, K. Fujita, Y-B. Choi, K. Matsugi, J. Yu
    • 雑誌名

      粉体および粉末冶金

      巻: 63 ページ: in presss

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Spark sintering of FeB-Ni powders and their mechanical properties2015

    • 著者名/発表者名
      Shaoming Kang, Zhefeng Xu, Yongbum Choi, Jinku Yu and Kazuhiro Matsugi
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 平成27年度秋季大会
    • 発表場所
      京都大学百周年時計台記念館、京都市左京区吉田本町
    • 年月日
      2015-11-11 – 2015-11-12
  • [学会発表] Spark sintering of electroless Ni coated FeB powders and their mechanical properties2015

    • 著者名/発表者名
      Shaoming Kang, Zhefeng Xu, Yongbum Choi, Kazuhiro Matsugi and Jinku Yu
    • 学会等名
      Powder Metallurgy in Asia (APMA2015)
    • 発表場所
      京都大学百周年時計台記念館、京都市左京区吉田本町
    • 年月日
      2015-11-08 – 2015-11-10
    • 国際学会
  • [学会発表] Spark sintering FeB-25Ni powders and their hardness properties2015

    • 著者名/発表者名
      Shaoming Kang, Zhefeng Xu, Yongbum Choi, Jinku Yu and Kazuhiro Matsugi
    • 学会等名
      2015年秋日本金属学会全国大会
    • 発表場所
      九州大学伊都キャンパス、福岡市西区元岡
    • 年月日
      2015-09-16 – 2015-09-18
  • [学会発表] The characterization in spark sintering for electroless Ni coated FeB powders2015

    • 著者名/発表者名
      Shaoming Kang, Zhefeng Xu, Yongbum Choi, Jinku Yu and Kazuhiro Matsugi
    • 学会等名
      粉体粉末冶金協会 平成27年度春季大会
    • 発表場所
      早稲田大学国際会議場、新宿区西早稲田
    • 年月日
      2015-05-26 – 2015-05-28
  • [図書] ウェットプロセスによる精密薄膜コーティング、 粉体へのめっき技術とその均一化2015

    • 著者名/発表者名
      松木一弘
    • 総ページ数
      15
    • 出版者
      技術情報協会出版

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公開日: 2017-01-06  

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