FORM TECH REVIEW_vol30
100/116

表1試験片の組成 (mass%)1.研究の目的と背景*金沢大学 設計製造技術研究所 特任助教それを用いた医療用ステンレス鋼の摩擦摩耗特性の向上2.実験方法Siキーワード:レーザ,表面改質,摩擦摩耗近年,内視鏡を用いた腹腔鏡下手術では,患者の負担軽減のために体にあける孔の小径化が進んでおり,それに伴い,挿入する鉗子などの手術用器具は細径化している.組織の把持,切断,縫合などの作業を行うため,鉗子は,曲げやひねりなどの運動機能の付与が必要である.このため,鉗子には微小歯車が使用されており,その摺動面には高い耐摩耗性が求められている.鉗子の長寿命化のため,摺動面には各種コーティングや熱処理などの表面改質を施す必要があるが,小型鉗子に用いられる微小歯車は高精度形状が要求されるため,基材全体を対象とした従来の表面改質法では,要求精度を満たすことが難しい.そのため,歯車の形状変化を最小限に留め,なおかつ表面改質処理が行える局所改質法が求められている.局所領域を対象とした表面改質には,局所加熱が行えるレーザを用いたものがある1),2).例えば,川澄ら3)はS45C材に対しレーザによる焼入れ処理を行い,入熱量と焼入れ深さの関係について明らかにしている.また,K.Nishinoら4)は,窒素雰囲気中で純Ti材に対しレーザ照射による窒化処理を行い,表面硬度が向上することを示した.しかし,これらの研究事例で使用しているレーザは出力が大きく,形成される改質層の厚さは数100 µm~数mmのオーダーであるため,細径鉗子に用いられる歯車にとっては,過大な処理となってしまう.このため,より局所的な表面改質法の確立が必要である.100 µm以下の領域の表面改質には低出力レーザを用いる必要があるが,低出力レーザによる表面改質では,改質層を形成する成分の供給が困難である.レーザによる窒化処理では,窒素ガス雰囲気が必要となり,また,粉末やめっきなど,固体の状態での供給では基材表面まで十分に加熱することができない.そのため,拡散成分を溶液中に溶解させて供給する湿式法による新たな表面改質法の提案を行う.本研究では,細径鉗子などの医療機器に用いられるオーステナイト系ステンレス鋼SUS316L材に対する表面改質を目指す.オーステナイト系ステンレス鋼は,焼入れによる表面硬化及び耐摩耗性の向上が望めないため,異元素拡散による表面改質処理が行われている.その中でもAl成分の拡散は多くの利点がある.熱処理を経て形成される金沢大学設計製造技術研究所(平成 ■年度一般研究開発助成■■■ ■■■  ■)特任助教江面篤志0.0180.28Al-Fe金属間化合物やスピネル構造を有するFeAl2O4など,Fe成分とAl成分を含む物質は,表面の硬さ5)~8)の上昇が見込め,耐摩耗性9)~13)の向上が期待できる.本研究では,Al成分を含む硝酸アルミニウム(Al(NO3)3)水溶液に浸漬させたSUS316L材に対し,レーザ照射を行うことで,Al成分を拡散させるレーザ誘起湿式表面改質法の開発を目的として基礎実験を行い,形成される改質面の摩擦摩耗特性について検討した. ・■試験片と溶液本研究では,試験片として表1に示す組成を有するオーステナイト系ステンレス鋼SUS316Lを用いた.同材をφ15 mm×t4 mmの円盤形状に機械加工した後,耐水研磨紙およびアルミナ懸濁液を用いた研磨により鏡面仕上げを行った.同材表面にAl成分を拡散させた改質層の形成を試みるため,Alイオンを含むAl(NO3)3水溶液を用いることとした.溶液の濃度は10mass%とした. ・ レーザ誘起湿式表面改質システムの構築本研究で開発を目指すレーザ誘起湿式表面改質法は,基材の変形を防止するため10〜30 µm程度の改質層の形成を目指すものである.そのため,低出力のパルス発振ファイバーレーザユニット(YLP-1 IPG.co,波長1064 nm,パルス幅100 ns)を用いた.当該装置は小型かつ軽量であるため,マシニングセンタなどの加工機に取り付けて使用できる利点がある.図1のように当該ユニットを超精密加工機( LINIMAX 東洋工学)に取り付け,加工機の駆動機構を利用して図2に示すパターンでレーザ走査を行った.また,SUS316L試験片は図1のようにステージ上面に取り付け,Al(NO3)3水溶液中に浸漬させた.基材が取り付けてあるステージは,治具に対しネジ部を介して挿入・固定されており,高さの微調整が可能である.本実験ではこの機キーワード:レーザ,表面改質,摩擦摩耗1.250.0370.02312.0MnCPSNiCrMoFe16.252.00Bal.A. Ezura- 98 -レーザ誘起湿式表面改質法の開発とレーザ誘起湿式表面改質法の開発とそれを用いた医療用ステンレス鋼の摩擦摩耗特性の向上江面 篤志*Review

元のページ  ../index.html#100

このブックを見る