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東北大、耐摩耗性と耐食性を両立した鉄鋼材料を開発

発表日:2019年8月27日

耐摩耗性と耐食性を両立した鉄鋼材料を開発

―需要が拡大するスーパーエンプラの射出成形をはじめ、幅広い応用が期待―

【発表のポイント】

・高硬度・高耐摩耗性かつ耐食性に優れた鉄鋼材料;炭化物強化マルテンサイト鋼(※1)の開発に成功

・炭化物強化マルテンサイト鋼の弱点であった耐食性を銅の微量添加により克服

・本開発合金を用いたスーパーエンジニアリングプラスチックの製造装置部材において既存材の2倍以上の耐久性を実証、化学・エネルギー分野における幅広い応用にも期待

■概要

東北大学金属材料研究所の山中謙太准教授、張宸大学院生(大学院工学研究科材料システム工学専攻博士課程後期3年の課程)、卞華康助教、千葉晶彦教授は、高硬度・高耐摩耗性かつ優れた耐食性を有する鉄鋼材料の開発に成功しました。

高速度鋼(ハイス鋼)に代表される炭化物強化マルテンサイト鋼は高硬度かつ耐摩耗性に優れるため、金型や工具等に幅広く用いられています。しかしながら、材料中に形成する炭化物により耐食性が低下するため、トレードオフの関係にある「硬度・耐摩耗性」と「耐食性」を両立した新材料やその材料設計の確立が強く求められていました。

本研究グループでは、近年需要が拡大しているスーパーエンジニアリングプラスチック(スーパーエンプラ)の製造方法の1つ:射出成形(※2)の製造装置部材に応用できる鉄鋼材料の開発を目指し、炭化物強化マルテンサイト鋼の耐食性改善について研究を行ってきました。その結果、微量の銅(Cu)を添加することにより当該材料の耐食性が著しく向上することを見出し、高硬度と高耐食性が両立した新材料の開発に成功、また、耐食性が向上するメカニズムも明らかにしました。

さらに、株式会社エイワおよび岩手大学との共同研究として量産用の溶解炉・加工設備を用いた開発合金の試作と射出成形の実機試験を行いました。その結果、スーパーエンプラの中でも大きな市場規模を有するガラスフィラー(GF)を含むポリフェニレンサルファイド(GF-PPS)樹脂(※3)の射出成形において、開発合金を用いたスクリューが既存のスクリュー素材に比べて2倍以上の耐久性を有することを実証しました。

*参考画像は添付の関連資料を参照

以上は、耐食性と耐摩耗性を兼ね備えた鉄鋼材料の新たな材料設計指針として有用な知見であり、射出成形機部材だけでなく、化学・エネルギー分野において幅広い応用が期待されます。

本研究成果は、科学技術振興機構(JST)研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP)「ステージII(シーズ育成タイプ)」「GF-PPS 樹脂成形用部品に適合した高耐食・耐摩耗新合金開発」を通して得られた成果であり、2019年8月27日(英国時間 10:00)にnature のパートナージャーナルである npj Materials Degradation誌にオンライン掲載されました。

*以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

参考画像

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0517581_01.png

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0517581_02.pdf

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