異種金属縒り線を用いたレーザ溶射による金属間化合物テーラード・トライボ材料の創成

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12355028
• Research Institution: EHIME UNIVERSITY
• Principal Investigator: 荒木 孝雄 愛媛大学, 工学部, 教授 (70029312)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水口 勝志 愛媛大学, 工学部, 助手 (70108405) ; 西田 稔 愛媛大学, 工学部, 助教授 (60036374)
• Keywords: レーザ溶射 / テーラード組成調整式 / ストランドワイヤ / 金属間化合物皮膜 / テーラード組成 / トライボ特性 / 耐摩耗性 / 機械摺動部品

Research Abstract

(1)2及び3元系金属間化合物皮膜の目標組成(テーラード組成)は、複合する縒り線金属組成;X_A、金属密度;ρ_A、縒り線径;D_A、縒り線の本数;N_A、金属の原子量;A_Aとし(Aは縒り線の金属種:A, B, C・・・)、とするテーラード組成調整式を導き出、ストランドワイヤを設計した。例えば、Ni_3Al金属間化合物は、Ni-Al状態図では、約75atm%位置の狭い領域に存在するが、テーラード組成調整式から、228μm径Al細線3本及び279μm径Ni細線4本とする異種金属縒り線の配合設計により求められ、レーザ溶射法により作製した皮膜組成は、Ni_3Al金属間化合物皮膜であった。このように、目標の等量及び非等量金属間化合物皮膜は、テーラード組成調整式により、ストランドワイヤの設計、及び目標とするテーラード組成であった。
(2)金属間化合物皮膜のトライボ特性としての耐摩耗性は、Ti-Ni、Ni-AlおよびNi-Al系では、Ti-Ni系が最も良好であり、3元系では、Fe-Al-Ti系及びNi-Al-Ti系においても、前者がHV350からHV560に、後者がHV600からHV750にいずれもTiを添加することによりHV200〜HV150程度に上昇し、トライボ特性の改善が見られた。
(3)摩耗機構は、グラインディング摩耗であるが、金属間化合物は、温度上昇が伴っても、単なる研削摩耗で、良好であり、例えば、Al材は、温度上昇に伴い、掘り起こし現象(ploughting)が生じ、耐摩耗性が劣っていた。
(4)最適組み合わせの異種金属縒り線を用いた金属間化合物皮膜は、実機機械摺動部品に有効であり、セラミック皮膜よりも、割れ等が生じず、良好であった。

Research Products

• [Publications] Takao Araki et al.: "Laser Spraying Method for Tailored Coatings of Intermetallic Compounds"55th Annual Assembly of the International Institute of Welding. IIW Doc.C-1009-02. 1-10 (2002)
• [Publications] Hiroshi Tomochika et al.: "Fabrication of NiTi intermetallic compound by a reactive gas laser atomization process"Materials Science & Engineering. (to be printed). (2003)