LIPJI(Laser-Induced Powder Jet Implantation)法に関する研究

摘要

噴射加工とは高速に加速した固体粒子の有する運動エネルギを被加工材に投入する加工である．これにより，①切りくずによる材料除去，②塑性変形による表面改質，③粒子自体の凝着による表面への付着，④被加工材内部への埋め込みを行う．粒子径は様々なものが使われており，例えば極小のものでは電子ビームやイオンビームなどが挙げられる．電子ビームでは電子を被加工材に照射することにより電子を被加工材内部に打ち込み，その運動エネルギによって発生した熱を利用して加工を行う．イオンビームではイオン注入法によりイオンを埋め込むことができ，条件によっては材料除去，表面改質，イオン化物質の堆積も行うことができる．一方，粒子径10μm から100μm 程度では，噴射加工による粒子の埋め込みは困難である．①材料除去においては研削を行うショットブラスト，②表面改質においては圧縮残留応力を与え疲労強度を向上させるショットピーニング，③凝着においては軟質の微粒子衝突によって皮膜形成を行うショットコーティングなどの手法が知られている．しかし④被加工材内部への埋め込みの例は少ない．そこで本研究では，レーザ光を用いて，基材表層のみを加熱し，そこに粒子を高速で打ち込むことで基材表層に粒子を埋め込む手法を提案し，可能性を検討した．本稿では，サンドブラストにレーザ発振器を組み込hだ装置を開発し，アルミニウム合金基材にアルミナ粒子を埋め込hだ結果について述べる．