2014 Fiscal Year Annual Research Report
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
| Project/Area Number |
24360312
|
|---|
| Research Institution | Fukui National College of Technology |
|---|
Principal Investigator |
安丸 尚樹 福井工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90158006)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | 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 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
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．
|
| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
|
