Review

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
レーザ誘起湿式表面改質法の開発と金沢大学 設計製造技術研究所
それを用いた医療用ステンレス鋼の特任助教 江面篤志
摩擦摩耗特性の向上（平成  年度一般研究開発助成 $)）A. Ezura
キーワード：レーザ，表面改質，摩擦摩耗

江面

篤志 *

キーワード：レーザ，表面改質，摩擦摩耗

１．研究の目的と背景

Al-Fe 金属間化合物やスピネル構造を有する FeAl2O4 など，

 近年，内視鏡を用いた腹腔鏡下手術では，患者の負担軽Fe 成分と Al 成分を含む物質は，表面の硬さ 5)～8)の上昇が減のために体にあける孔の小径化が進んでおり，それに伴見込め，耐摩耗性 9)～13)の向上が期待できる．本研究では，い，挿入する鉗子などの手術用器具は細径化している．組

Al 成分を含む硝酸アルミニウム（Al(NO3)3）水溶液に浸漬

織の把持，切断，縫合などの作業を行うため，鉗子は，曲させた SUS316L 材に対し，レーザ照射を行うことで，Al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，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

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耐摩耗性が求められている．鉗子の長寿命化のため，摺動性について検討した．

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

２．実験方法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 ・ 試験片と溶液

質法では，要求精度を満たすことが難しい．そのため，歯 本研究では，試験片として表１に示す組成を有するオー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

ステナイト系ステンレス鋼 SUS316L を用いた．同材をφえる局所改質法が求められている．

15 mm×t4 mm の円盤形状に機械加工した後，耐水研磨紙

局所領域を対象とした表面改質には，局所加熱が行える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レーザを用いたものがある 1),2)．例えば，川澄ら 3)は S45C行った．同材表面に Al 成分を拡散させた改質層の形成を材に対しレーザによる焼入れ処理を行い，入熱量と焼入れ試みるため，Al イオンを含む Al(NO3)3 水溶液を用いるこ

深さの関係について明らかにしている．また，K.Nishino らととした．溶液の濃度は 10 mass%とした．

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(mass%)

表１ 試験片の組成処理を行い，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C

SiMnPSNiCrMoFe0.018

0.281.250.0370.02312.016.252.00Bal.

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

 ・ レーザ誘起湿式表面改質システムの構築は低出力レーザを用いる必要があるが，低出力レーザによ本研究で開発を目指すレーザ誘起湿式表面改質法は，基る表面改質では，改質層を形成する成分の供給が困難であ材の変形を防止するため 10〜30 µm 程度の改質層の形成る．レーザによる窒化処理では，窒素ガス雰囲気が必要とを目指すものである．そのため，低出力のパルス発振ファなり，また，粉末やめっきなど，固体の状態での供給ではイバーレーザユニット(YLP-1 IPG.co，波長 1064 nm，パ基材表面まで十分に加熱することができない．そのため，ルス幅 100 ns)を用いた．当該装置は小型かつ軽量である

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め，マシニングセンタなどの加工機に取り付けて使用でたな表面改質法の提案を行う．

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

 本研究では，細径鉗子などの医療機器に用いられるオー機( LINIMAX 東洋工学 )に取り付け，加工機の駆動機構

ステナイト系ステンレス鋼 SUS316L 材に対する表面改質を利用して図２に示すパターンでレーザ走査を行った．まを目指す．オーステナイト系ステンレス鋼は，焼入れによた，SUS316L 試験片は図１のようにステージ上面に取りる表面硬化及び耐摩耗性の向上が望めないため，異元素拡付け，Al(NO3)3 水溶液中に浸漬させた．基材が取り付けて散による表面改質処理が行われている．その中でも Al 成あるステージは，治具に対しネジ部を介して挿入・固定さ分の拡散は多くの利点がある．熱処理を経て形成されるれており，高さの微調整が可能である．本実験ではこの機* 金沢大学設計製造技術研究所

特任助教- 98 -

構を利用して試験片上面からの液面高さを 1 mm に設定

試験後は，SEM を用いて摩耗痕を観察し，各試験片の摩した．また，レーザ照射に伴い，溶液が蒸発し，液面高さ耗特性について検討を加えた．摩擦摩耗試験には，デが変化するため，溶液浴には液送ポンプを接続し，液面高フォーカス量を 0，1，2 mm としてレーザ照射を施したさが一定となるようにしてある．

試験片のほか，比較として，レーザ照射を施していない試
験片と純水中でレーザ照射を施した試験片を用いた．

レーザユニット
Specimen

φ15

表３ 摩擦摩耗試験条件
Load

0.1 N

Friction width

3 mm

Friction speed

300 mm/min

Sliding distance

54000 mm

3試験片

ステージ

3

Laser irradiation area

0.011

溶液
1Scanning line

図２ レーザ走査パターン ・ 傾斜面および円筒面へのレーザ照射実験
 本研究では，実製品への適用のため，複雑形状に対して処理を施すことを想定し，レーザ照射角が被処理面に及ぼ

図 1 レーザ誘起湿式改質処理システムの概略

図１ 改質処理システムの概略

す影響について検討した．その後，照射角の影響を考慮して円筒面へのレーザ照射処理を行った．図４のように処理 ・ レーザ照射条件及び照射面の評価方法

システムの傾斜治具に試験片を取り付け，溶液に浸漬させ

本研究では，試料表面への入熱量の影響について調べるため，レーザのデフォーカス量を変化させて実験を行った．
レーザ照射条件の詳細を表２に示す．レーザ照射後，SEMを用いて試験片表面の観察および元素分析を行った．また，照射面から深さ方向への拡散層の拡がりを観察するため，照射面を切断し，SEM により断面方向の元素分析を行った．さらに形成した拡散層内の Al 成分，Fe 成分，O 成分の状態について検討するため，X 線回折法（XRD）により構造解析を行った．

た状態でレーザ照射を施した．レーザ照射角が 90, 80, 70,45 deg となるよう，0, 10, 20, 45 deg の傾斜を有する治具を金属粉末床積層造形装置によりそれぞれ製作した．このときデフォーカス量が改質面に及ぼす影響について検討するため，0.25～1.2 mm までデフォーカス量を変化させてレーザ照射を施した．さらにφ15 mm の円柱形状のSUS316L 材を切り出し，図５に示すように液中処理システムに固定した．図６に示すレーザ走査パターンにてレーザ照射を行い，処理面の表面粗さの評価を行った．レーザ

表２ レーザ照射条件
Wavelength

照射条件については表２と同様の条件を用いた．
1064 nm

Pulse width

100 nsRepetition frequency

35kHzPower

9W

Scan rate

50 mm/min

Focal distance

30 mm

laser unit

aslope jig(45deg)
bathspecimen
つぎに被処理面の耐摩耗性を調べるため，往復摺動式摩擦摩耗試験機を用いて摩擦摩耗試験を実施した．往復摺図４ 傾斜面へのレーザ照射実験の外観

動方式の摩擦摩耗試験の模式図を図３に示す．また，試験条件を表３に示す．試験中には，試験機に搭載されたロードセルにより摩擦力を測定し，摩擦係数の推移を測定した．

bathspecimen

Load
10 μm

Sapphire pin
Specimen

Wear track

Treated area
図５ 円筒面へのレーザ照射 図６ 円筒面へのレーザ走査パターン
実験の外観       

図３ 摩擦摩耗試験の模式図- 99 -

３．結果および考察

密度が低下し基材の溶融を抑制しつつ，均一な加熱が行わ ・ レーザ照射による改質層形成れたことを示している．また，デフォーカス量を 2 mm と 溶液濃度 10 mass%，レーザ出力 9W，走査速度 50 mm/min

した場合では，デフォーカスが 1 mm の時よりも薄い改質

デフォーカス量 1 mm の条件でレーザ照射実験を行った．

層が形成されていることがわかる．これはエネルギ密度のレーザ照射面に対し，EDX による成分分析を行った結果低下に伴い，基材への入熱量も低下したためであると考えを表４に示す．同表では，Al，O，Fe，Cr，Ni の各元素をられる．このことは，デフォーカス量の調整により，改質足し合わせた値を 100%とし，それぞれの元素の存在割合層の厚さを制御することができることを示している．また，を濃度換算している．表５より，未照射領域と比較して，デフォーカス量を 3 mm とした場合では，Al 成分はほとレーザ照射領域では，Al 成分，O 成分の割合が増加し，んど検出されず，改質層が形成されていないことがわか

SUS316L 材を構成する Fe，Cr，Ni 成分が減少しているこる．このことにより，改質層が形成されるデフォーカス量とがわかる．基材に最も多く含まれる Fe 成分と比較して，の閾値は 2 から 3 mm の間に存在することがわかった．

溶液由来の Al および O 成分の割合が多くなっていること

Treated areaCrNi-1681615334714422020304050604060
2θ Cu Kα [deg]○ (220)Fe◆ (440)

O○SUS316L◆FeAl2O4○ (200)Al◆ (400)

表４ 試験片表面の EDX 分析結果（%）

◆ (311)

Intensity (a.u.)

たことが分かる．

Un-treatmentarea○ (111)から，基材表面において反応が生じ，組成が大きく変化し708080

図７ レーザ照射を施した試験片の X 線回折パターン

 ・ ; 線回折法による改質層構成物の同定

SEM image 前述の試験片で形成した拡散領域での各元素の結合状Resin

た回折ピークを図７に示す．同図中の○で示したピークは
SUS316L 由来のピークである．記号のあとの括弧内の数

Treatment layer
30 μmSpecimen

した複数のピークが存在することがわかる．このピークは，レーザ照射により生成された物質の回折ピークであると考えられる．データベースによると，これらの回折ピークはスピネル構造を有する Fe と Al の酸化物である FeAl2O4の持つ回折ピークであることがわかった．Fe と Al のスピDefocus amount
2 mm
1 mm

値は，それぞれの回折ピークと対応する結晶方位である．
同図では○で示した SUS316L 由来のピーク以外に◆で示

Fe element0 mm態を調べるため，XRD による構造解析を行った．得られAl element

Ni plating

15 μm

15 μm

ネル型酸化物は，高硬度かつ耐食性に優れることが知られており 11)～13)，本手法により形成された拡散層も同等の機3 mm能を有すると推察され，耐摩耗性の向上が期待できる．
15 μm ・ デフォーカス量が改質層形成に及ぼす影響 つぎに，レーザエネルギ密度が変化した際の影響を明らかにするため，0～3 mm までデフォーカス量を変化させて

図８ 試験片断面の SEM 観察および EDX map 分析結果

レーザ照射を行った試験片の断面を SEM により観察・分析した．その結果を図８に示す．同図より，デフォーカス ・ 摩擦摩耗試験結果

を 0 mm とした場合では，基材表面が大きく加工され，大溶液濃度 10 mass%，レーザ出力 9W，走査速度 50 mm/min

きな凹凸が形成されていることがわかる．また，EDX 分の条件でデフォーカス量を 0，1，2 mm としてレーザ照射析結果から Al 成分は基材表面に存在するものの，明確なを施した試験片に対し，摩擦摩耗試験を実施した．摩擦摩改質層が形成されていないことがわかる．一方，デフォー

耗試験中の摩擦係数の推移を図９に示す．なお，同図には，

カスを 1 mm とした試験片では，デフォーカスを 0 mm と比較のため，レーザ照射処理を施していない試験片の摩擦した際よりも基材表面が加工されておらず，Al 成分が基摩耗試験結果も示した．図９より，デフォーカス量を 1 お材表面に局在しており，明確な改質層が均質形成されていよび 2 mm としてレーザ照射を施した試験片の摩擦係数はることがわかる．これは，焦点をずらすことで，エネルギ小さく，デフォーカス量 0 mm 及び，未処理材の摩擦係数- 100 -が大きいことがわかる．このことから，デフォーカス量を1 および 2 mm としてレーザ照射を施すことで，摺動性に優れた改質面を形成できることがわかる．
また，摩擦摩耗試験後の摩耗痕について，SEM を用い100 μm100 μmて観察した結果を図１０に示す．同図より，デフォーカス量を 1 および 2 mm としてレーザ照射を施した試験片に形(a) 90 deg

成された摩耗痕の幅は狭く，デフォーカス量 0 mm および(b) 80 deg

未処理材に形成された摩耗痕の幅が広いことがわかる．このことから，デフォーカス量を 1 および 2 mm としてレーザ照射を施すことで，高い耐摩耗性を有する改質面を形成できることがわかった．

100 μm

0.7Friction coefficient

0.650 mm(c) 70 deg

0.6(d) 45 deg

図１１ 被処理面の SEM 観察結果
Untreated

3.52 mm

0.45
0.4

3.5
3.5
33
2.5
2.5
221.5
1.5
1
10.5
0.5
00Surface roughness Ra [μm]

0.5

31 mm

2.50.3502000

4000
6000
8000
Sliding distance [mm]2 10000

1.5
図９ 摩擦摩耗試験時の摩擦係数の推移

1
Weartrack

Wear track



0.50


300 µm

00.2D デフォーカス量 PP E デフォーカス量PPWear track

系列1系列190deg
系列2系列280deg
系列3系列370deg
系列5系列560deg
系列4系列445deg
対数 (系列1)
対数 (系列2)00.2 0.4 0.6 0.8
10 0.2 0.4 0.6Defocus
0.8 1 amount
1.2 1.4 [mm]1.21.4図１２ 各傾斜角におけるデフォーカス量が表面粗さに及ぼす影響

Wear track

Defocus amount D [mm]0.550.3

100 μm10.40.60.8

11.20.5
D = 0.0003θ2 - 0.0235θ + 0.915
09080706050
Laser irradiation angle θ [deg]40

図１３ 算術平均粗さが 0.8 μm 程度の改質面が形成される各照射角におけるデフォーカス量F デフォーカス量 PP G 未処理材
図１０ 摩擦摩耗試験後の摩耗痕の 6(0 観察結果

試験片表面へのレーザの吸収率が低下し，試験片の溶融が ・ 傾斜面へのレーザ照射実験結果抑制されるためであると考えられる．

 傾斜治具を用いて，試験片表面に対するレーザ照射角を 次に，各レーザ照射角度におけるデフォーカス量の影響

45, 60, 70, 80, 90 deg として Al(NO3)3 水溶液に浸漬させたについて検討するため，デフォーカス量を 0.25 から 1.2

SUS316L 試験片に対してレーザ照射を施した．レーザ照mm まで変化させてレーザ照射を施した．レーザ照射領域

射後の被処理面の表面形状を調べるため，それぞれの試験の算術平均粗さ Ra を測定した結果を図１２に示す．同図

片に対して SEM を用いて観察を行った．その結果を図１

より，全ての照射角において，デフォーカス量の増大に伴１に示す．同図より，レーザ照射角の減少とともに被処理い，被処理面の表面粗さが低下することがわかる．これは，面に形成される凹凸の幅が大きくなり，照射角が 45 deg のデフォーカス量の低下により，レーザスポット内のエネルときの被処理面はなめらかであることがわかる。これは，ギ密度が低下し，試験片表面への入熱量が減少したためでレーザ照射角の減少に伴い，レーザの反射率が大きくなり，あると考えられる．

- 101 -1.4

 3.3 項では，デフォーカス量を変化させ，レーザエネルできるため，改質層形成メカニズムの解明や各パラメータギ密度を低下させることで，形成される改質層の厚さが減が改質層に及ぼす影響などを検討する場合には有用な手少することを明らかにしている．このとき，エネルギ密度法であると言える．しかし，歯車やクランクシャフトなどの低下に伴い，被処理面の表面粗さも低下した．レーザ照の機械部品は複雑な形状を有しており，浸漬方式を用いる

射角を変化させてレーザ照射を施した被処理面の表面粗ことを想定すると，被処理材の形状に合わせた専用の溶液さも低下しており，形成された改質層の厚さも低下してい浴が必要であること，さらに溶液中にて被処理材を回転おることが推測される．レーザ照射角が連続的かつ不規則によび揺動させる機構を付加しなければならないことなど変化するような複雑形状を有する被処理物に対して，レー課題が多い．そこで，実製品に適用するため，溶液をミスザ誘起湿式表面改質法を適用し，均質な改質層の形成を試ト状にして供給するミスト供給方式を考案した 14), 15)．構

みる場合には，照射角とともに変化するレーザ吸収率の変築したミスト供給システムの概略を図１５に示す．同図中化に合わせ，試験片表面に入力されるエネルギ量を均一にのコンプレッサから排出される圧縮空気はノズル内で溶保つ手法が必要である．デフォーカス量と形成される被処液と混合され，突出されることにより溶液をミスト状にし理面の表面粗さの相関を示した図１２から，同等の表面粗てレーザ照射領域に供給することが可能である．このとき，さを有する被処理面を形成可能なデフォーカス量を読み溶液は試験片表面上を直径 100～200 µm 程度の水滴と取ることができる．図１３に被処理面の算術平均粗さ Raなって連続的に流れる．この表面改質処理システムは，マが 0.8 μm 程度（図１２中破線）となるデフォーカス量をシニングセンタや複合旋盤などの工作機械に容易に搭載プロットした結果とプロット点から求められる近似曲線可能であるため，従来の製造プロセスに組み込み，複合的を点線で示す．求められた近似曲線の方程式を式(1)に示なプロセスの構築が可能である．

す．

図１６にミスト供給システムを用いて，オーステナイト系ステンレス鋼 SUS316L 材に対して，濃度 10 mass%のD = 0.0003θ2 – 0.0235θ + 0.915

Al(NO3)3 水溶液ミストを供給しながら，出力 9 W，走査速(1)度 50 mm/min，デフォーカス量 1 mm としてレーザ照射を施した被処理面の断面に対して SEM による観察および式中の θ はレーザの照射角，D は各照射角において被処EDX 分析を行った結果を示す．なお比較として，従来の理面の Ra が 0.8 µm となるデフォーカス量である．複雑形状に対応する場合には，レーザが照射される箇所の照浸漬方式により処理を施した試験片断面の観察・分析結果

射角 θ を式(1)に代入することで求められるデフォーカスについても示した．ここでは，ミスト供給方式で処理を施した試験片を MD シリーズ，浸漬方式により処理を施し量 D となるようレーザの焦点位置を調整しながら処理をた試験片を SD シリーズと呼称する．同図より，溶液の供施すことで，均質な改質層を形成することができると考給方式とは無関係に，表面近傍のレーザ影響部には，Al おえられる．

よび O 成分を含む均質な層が形成されていることがわか 円筒形状を有する SUS316L 材に対して，前項で求めた補正式により求められるデフォーカス量となるよう走査経路を補正してレーザ照射を施した．図１４にレーザ照射後の被処理面に対して表面粗さ測定を行った結果を示す．
なお，同図には補正を行わず，一定のデフォーカス量でレーザ照射を施した結果についても示した．同図(a)より，Surface roughness[μm] ・ 円筒面に対する改質処理

4510Laser iiradiation angle [deg]70 80 90 80 70 60

452.557.5
Traveling along traverse length [mm]10600-100補正を行っていない試験片の表面粗さは均一ではなく，(a) デフォーカス補正無し

レーザ照射角が 90 deg となる円筒の頂点付近で最も大き面粗さが低減していることがわかる．一方，図１４(b)より，デフォーカス量の補正を行ってレーザ照射を施した試験片の被処理面は比較的均一な表面粗さが得られており，補正の効果が見られた．

Surface roughness[μm]

く，頂点から離れ，レーザ照射角が減少する部位では，表4510

これまで取り扱ってきた浸漬方式（導入したい成分を含む溶液中に浸漬させた基材に対してレーザ照射を施す方式）のレーザ誘起湿式改質法は，導入元素を安定的に供給- 102 -452.557.5
Traveling along traverse length [mm]100-10・ ミスト供給方式レーザ誘起湿式表面改質処理法

Laser iiradiation angle [deg]70 80 90 80 70 60600(b) デフォーカス補正有り
図１４ 円筒面へのレーザ照射後の表面粗さ測定結果

る．形成された改質層の中には空孔はほとんど認められな
い．改質層の厚さに注目すると，ミスト供給方式を用いて処理を施した MD シリーズの厚さは，浸漬方式で処理をレーザユニット施した SD シリーズよりも薄い．これは，溶液をミスト状溶液タンク
ノズル
ミストにして供給した場合には，連続的供給されるミストにより試験片が冷却され，レーザ照射領域内での反応が抑制されたことから溶液由来の成分の拡散が起こりにくくなった

光学系試験片ためものと考えられる．

ドライヤ

ステージ

形成された被処理面の耐摩耗性の検討を行うため，均質な改質層が形成された MD および SD シリーズと未処

理材に対して，往復摺動式の摩擦摩耗試験を行った．このときの試験条件は ʹǤ͵ 節で示したものと同等である．試験により形成された摩耗痕に対して， による観察および  による分析を行った．その結果を図１７に示す．
同図より， および  シリーズの試験片表面に形成された摩耗痕の幅は，未処理材のそれよりも狭いことがわかる．これは，レーザ照射を施した両シリーズの表面に高硬コンプレッサ
図 9 ミスト供給方式レーザ誘起湿式表面処理システム
図１５
ミスト供給方式レーザ誘起湿式表面処理シの概略
ステムの概略MDシリーズSD シリーズ

SEM像さの ʹͶ 層が形成されているためと考えられる．このことについて検証するため，それぞれの試験片表層の断面に対し，ナノインデンテーション法（先端角 ͳͳͷ°バーコ

10 μm 試験片 10 μm 試験片ビッチ型圧子，試験荷重 ͳ）により，押し込み硬さを求めた．その結果，未処理材の押し込み硬さは ͵ǡͺ͵ͺ ，Al シリーズのそれは ͳʹǡͷͶͶ  および  シリーズではͳʹǡͻ͹ͷ  であった．このことから  および  シリー
ズに形成された改質層は，未処理材と比較して高硬さであり，溶液供給方式の違いは形成される改質層の硬さに大きOな影響を及ぼしていないことも明らかとなった．また，

シリーズと  シリーズに形成された摩耗痕を比較すると，その幅は後者の方が狭いことがわかる．また， および シリーズの摩耗痕に対する  分析の結果より， シFe

リーズの摩耗痕上にはアルミ二ウム成分が残存しており， シリーズのそれには確認できないことがわかる．すなわち， シリーズに対して摩擦摩耗試験を行った場合には，アルミニウム成分を含んだ改質層が完全に除去され，基材が露出し，摩耗が進行したものと考えられる．この点を解決するためには，より厚い改質層の形成が必要と考え

図１６ ミスト供給および浸漬方式によりレーザ照射処理を施した試験片の縦断面に対するSEM 観察および EDX 分析結果られる．今後は，液滴の寸法の制御やミスト供給量の最適化など，処理条件の詳細な検討が必要と考えている．

未処理材

４．おわりに
本研究では，レーザ誘起湿式表面改質法を提案し，オーステナイト系ステンレス鋼 SUS316L 材を硝酸アルミニウSEM像

MDシリーズSDシリーズ100 μm材の耐摩耗性向上を試みた．以下に得られた知見を示す．
1) 硝酸アルミニウム水溶液に浸漬させた SUS316L 材にAlム水溶液に浸漬させた状態でレーザ照射を施し，SUS316L未検出

対してレーザ照射を施した結果，溶液由来のアルミニウムおよび酸素成分を含んだ改質層が形成された．

図１７ ミスト供給および浸漬方式により形成された被処理面の摩擦摩耗試験後の摩耗痕に対する SEM 観察結果

- 103 -2) デフォーカス量の増加に伴い，改質層の厚さは低減す

5) M.Potteser, T.Schoeberl, H.Anterwitsch, and J.Bruckner :る．また，デフォーカス量を 3 mm としてレーザ照射

The Characterization of the Intermetallic Fe-Al Layer ofを施した場合には，改質層の形成は見られなかった

Ateel-Alumiinum Weldings, The Minerals, Matels andMaterials Society, (2006), 167.

3) 摩擦摩耗試験の結果，デフォーカス量を 0 mm としてレーザ照射処理を施した試験片および未処理材と比較

6) S.Tomida and K.Nakata : Fe-Al Composite Layers on

して，デフォーカス量を 1 および 2 mm としてレーザ

Aluminum Alloy Formed by Laser Surface Alloying with

照射を施した試験片の摩耗量は減少することが明らか

Iron Powder, Surface and Coatings Technology 174175(2003), 559.となった．
4) レーザ照射角の減少とともに，試験片への入熱量が低7) 佐々木朋裕, 八高隆雄 : アルミニウム箔を利用した軟下し，被処理面の粗さは低減することが明らかとなっ鋼のアルミナイズ処理, 鉄と鋼, 89, 12(2003), 1227.

た．デフォーカス量を調整し，入熱量の減少分を補正

8) 有川秀一, 宗木政一, 大久保弘, 阿部富士雄, 八高隆することで，円筒面に対して均質な被処理面を形成す

雄 : 炭素窒素無添加 Fe-12Ni-9Co-10W 系オーステナることが可能である．

イト合金のアルミナイズ処理による Fe-Al 合金皮膜形成過程, 日本金属学会誌, 73, 9(2009), 695.

5) 自由度の高いミスト供給方式を提案し，その効果について評価を行った．その結果，浸漬方式と同様の組成

9) W.Kai and R.T.Huang : The Corrosion Behavior of Fe-Al

および耐摩耗性を有する改質層を形成することが可能

Alloysであることが明らかとなった．

Oxidation of Metals, 48,1-2(1997), 59.

in

H2/H2S/H2O Atmospheres

at

700-900℃,

10) 八高隆雄, 小林重昭, 佐々木朋裕 : Fe-Al 系金属間化合謝 辞

物の 2 元アブレシブ摩耗, 鉄と鋼, 89, 11(2003), 1178.

 本研究は（公財）天田財団の支援を受けて実施いたしま

11) Y Yang, DR Yan, YC Dong, XG Chen, L Wang, Z.H. Chu,した．ここに記して深謝いたします．また，本研究は，筆J.X. Zhang, J.N. He : Effect of metal oxide additives on the

者が栃木県産業技術センターに在籍していた当時に実施

microstructure and properties of the FeAl2O4 matrix

したものです．栃木県庁ならびに産業技術センターの職員

composite coatings prepared by plasma spraying, Surfaceand Coatings Technology, 235(2013), 417.の皆様に深く感謝の意を申し上げます．また，本研究の遂行にあたっては，慶應義塾大学 小茂鳥潤教授並びに国立

12) Y Yang, DR Yan, YC Dong, XG Chen, L Wang, Z.H. Chu,研究開発法人理化学研究所 片平和俊専門研究員に，多大

J.X. Zhang, J.N. He : Effects of Plasma-spraying Powers onなご助言をいただきました．心から感謝申し上げます．

Microstructure and Microhardness of In-Situ Nanostructured
FeAl2O4 Composite Coatings, Journal of thermal spray

参考文献

technology, 22.6(2013), 1002.

1) H.Niino and A.Yabe : Surface modification and metallization

13) P. Gupta, D. Kumar, O. Parkash and A. K. Jha Sintering :of fluorocarbon polymers by excimer laser processing, Appl.

Sintering and Hardness Behavior of Fe-Al2O3 Metal Matrix

Phys. Lett. 63, (1993), 3527.

Nanocomposites Prepared by Powder Metallurgy, Journal of2) 田辺郁男, 山口直也, 水谷淳之介, 渡辺哲也, 板垣薫:

Composites 2014 (2014), Article ID 145973.

YVO4 レーザ加工機を用いたステンレス鋼とチタンへ

14) 江面篤志, 大川弘暉, 片平和俊, 小茂鳥潤：ミスト状硝の発色加工, 日本機械学会論文集（C 編）, 69, 685(2003),

酸アルミニウム溶液を用いた SUS316L 鋼のレーザ誘2470.

起湿式表面改質, 砥粒加工学会誌, Vol.61, No.5(2017),

3) 川澄博通, 新井武二 : レーザを用いた表面硬化における熱源の影響（第一報）, 精密機械, 47, 6(1981), 669.

pp.269-274.
15) A.Ezura,

K.Katahira,

J.Komotori:Generationof4) K.Nishio, T.Yamaguchi, H.Era, and M.Katoh : Surface

Biocompatible Titanium Alloy Surfaces including Calcium

Modification of Titanium using Laser Beam, Materials

and Phosphorus Elements by Laser-Induced Mist Spraying

Transactions, 45, 5(2004), 1613

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Technology, Vol.14(2020) No.4, pp.575-581.

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