研究開発された技術紹介

表面改質の分野で、”微細球状粒子を用いたマイクロショットピーニング”による新機能発現が注目されている。本特定研究では、各種金型の耐久性を向上する新しい表面改質(テクスチャリング、傾斜組成材料)と最適な投射装置を開発する。さらに、事業化に必須の合目的サイズの微細球状粒子の安定供給と低コスト化のため、プラズマトーチを利用して研磨スラッジ等産業廃棄鉄粉から微細球状粒子を量産化する技術を確立する

表面改質技術(テクスチャリング、傾斜組成化)、廃棄鉄粉からの微細球状粒子の量産化技術の確立
・摩擦摩耗特性に優れた金型の処理技術→油潤滑環境での摩擦係数：0.001以下、アブレシブ摩耗による摩耗量：従来比1/100以下硬さ1500Hv以下、剛性120-400GPaで制御
・微細球状粒子を産業廃棄鉄粉等から量産化→53μm以下単一サイズが90%以上
(新技術)
<微粒子テクスチャピーニング>
(特徴)
・凝集微粒子解砕機能の内蔵と二重管構造ノズルの採用により、
・10/μm以下の微細粒子の投射と投射速度分布の均一化を実現
・個々の粒子衝突痕から構成されるマイクロテクスチャの付与
・投射粒子成分の選択転写による表面改質
・エロージョン(粒子衝突による損傷)を抑制した状態での表面の高強度化
・低摩擦による省エネルギーや金型の耐久性向上により低炭素社会構築に寄与

・微細球状粒子ショットピーニングによる表面改質技術を開発
‐テクスチャリングは、低流量ピーニング装置を開発し、粒径10µm程度の粒子を、凝集を抑制した状態で投射を確認
‐個々の衝突痕であるディンプルが摩擦特性の低減に有効であることを確認
‐粒径1µm程度の極微細粒子を数10µm程度の粒子周囲に付着した状態で投射することで、投射面が傾斜組成化することを確認
・摩擦係数、摩耗量の低減を確認
‐改質面での特性は、油潤滑環境での摩擦係数は0.002程度、摩耗量は測定不可能なほど低減
‐傾斜組成相は、炭化タグステン粒子の埋め込み量を制御することで、母材の硬さから1500HV程度の範囲で、剛性は400GPの範囲で制御可能
・53µm以下の粒子を高い球状度で製造可能に
‐微細球状粒子を量産する技術を開発。53µm以下の粒子を現状のアトマイズ品より高い球状度での製造が可能に
‐ガスアトマイズ法よりも球状度の高い粒子であり、ガストーチでは酸化してしまい球状化できなかった53µm以下の鉄粉を球状化できた
・摩擦実験結果
〜微細球状粒子ショットピーニングでマイクロディンプルが形成された表面と、加工条痕が残留する機械加工面とを組み合わせた摩擦試験では、摩擦係数が2/1000程度にまで低減された。同様の鏡面同士での摩擦試験では摩擦係数が8/1000程度であることから、マイクロディンプルによるテクスチャは摩擦係数を大きく低減できることが確認された〜

出展:機械要素技術展(H23.6、H23.11、H24.6、H24.11)、トライボロジー会議企業展示(H23.5、H23.11、H24.5、H24.10)

・実用化に向け、補完研究を継続
・表面改質技術の金型・部品等への加工は対応可能

・ロス削減→開発された表面改質技術の適用で、形成されるマイクロディンプルによるテクスチャが低摩擦を実現でき、動力伝達に生じる抵抗によるロスを低減
・耐摩耗性向上→開発された表面改質技術の適用で、材料表面に埋没した硬質極微細粒子によって耐摩耗性が向上
・低コスト化→開発された微細球状粒子の新製法で、高収率製造が可能となり、従来よりも安価かつ均一な微細球状粒子が提供される

実用化を目指し、表面改質効果の実用研究を継続
・本事業において積み残した、金型も含めた川下産業への表面改質効果の実用試験を引き続き継続
・また、表面改質に供する微細球状粒子の量産化のために、導入した装置の量産性評価ならびに様々な材質への対応性に対し補完研究を継続中
・表面改質技術に関しては、金型産業だけでなく様々な川下産業と実用のための評価試験を実施しており、順次実用化を目指す。それに伴い、表面改質に供する微細球状粒子の量産化および鉄系だけでなく非鉄系金属材料の微細球状粒子を開発し、実用化を目指す

装置に改良にかかる費用。専業人員の不足。