)aPGaPG ,tiH tIit( ssensさsder硬anhdみrnaoh込naしonit押eadtnnednI558N84N42N2５■■まとめまた，超微小硬度計によってレーザー照射面の押し込み硬さを測定した．測定条件は，幅が■■■■■，最大押し込み深さは■■■■■程度である．表面硬さは図■ に示すようにレーザーの有効照射パルス数とともに大きく増加した．有効照射パルス数■ では，未照射面に対しておよそ■倍の増加を確認した．これは炭化チタンの形成に加え，レーザーピーニング効果による加工硬化層や残留圧縮応力の発生も影響していると考えられる．Indentation hardness testMaximum load ：Indentation depth：図■ レーザーの有効照射数による表面硬さの変化．次に，このレーザー照射面に対して図■■に示すように■■■■の荷重を加えた窒化シリコン球を用いたボールオンディスク型摩擦摩耗試験を行った．図■■ボールオンディスク型摩擦摩耗試験のイメージ図．結果を図■■に示す．グラフの縦軸は，摩擦力にかかる荷重の値，横軸はすべり距離を示す．有効照射パルス数が 以下では，未照射部の摩擦係数との有意な差はなく，摩擦係数は約■■■であるが，有効照射パルス数が■を超えると，試験初期には，■■ 以下の低摩擦を示し安定した．その後，摺動を続けると摩擦が急激に増加する．これは，炭化面での摩擦試験を繰り返すことで，表面に形成された炭化チタン層が破壊され，チタン合金が露出し，摩擦係数が急激に増加したと考えられる．レーザーの有効照射パルス数が多いほど，低摩擦状態が長く続くため，照射パルス数の増加に伴うレーザーの投入エネルギー量の増加とともに，耐摩耗性が向上することを確認した．図■■は表面の硬さとすべり距離（炭化被膜）の寿命の相関関係を示している．照射パルス数が 以下では，表面改質効果はほとんど見られないが，レーザーパルスを多数照射することによる硬度の増加とともに滑り距離の寿命が大幅に改善され，レーザー照射による表面硬化が耐摩耗性を向上させることが分かる．本研究では，炭化水素中での金属への超短パルスレーザー照射による炭化表面及び炭化粒子形成技術を開発した．炭化微粒子は触媒としての応用が期待でき，金属材料の炭化面は自動車などの機械部品の性能向上につながり，持続可能社会の実現へも貢献できる．近年のレーザーパルスの繰り返し周波数の増大による高平均出力化は，加工速度の改善，コスト低減を促進することが見込まれ，本研究成果により，超短パルスレーザーの応用分野の更なる拡大が期待できる．さらに，今後，マイクロチップレーザーを切削工具の代わりに工作機械に搭載し，炭素源として切削オイルを用いることで，本研究で開発した手法による表面改質処理を切削処理とともに行うことが可能である．工作機械の利用は，表面炭化のパターニング処理を高精度に行うことも可能にするため，より広範な応用が期待できる．図■■各有効照射数での摩擦摩耗試験の結果．図■■表面硬さと摺動距離の関係．LoadDynamometerSi3N4laser irradiated areaTi6Al4V specimenReciprocating motionPAO4CounterpartLubrication oilApplied loadSliding speedSliding cyclesΦ8mmSi3N4ballPAO46.7N1 mm/s10, 50, 100Increase about 4 times116未加工N1N16Effective irradiatedpulse number N00UnirradiatedUnirradiated404035353030252520201515101032N32− 323 −
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