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福岡県工業技術センター
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材料技術課
 材料技術課では、金属プロセスチームが金属材料の熱処理、溶解・鋳造、溶接・接合、等に関する技術分野を、表面プロセスチームがめっきや溶射等の表面処理や腐食防食に関する技術分野を対象として、研究開発や技術指導による技術的支援を行っています。また、EDS、EBSDを付加した電子顕微鏡やX線回折装置、ICP発光分析装置等の高度な分析機器を用いた評価解析技術に基づいた依頼試験や、これら設備機器の開放利用を行っています。さらに、産業界との連携のもとに県内中小企業の技術向上を目指した活動として、技術セミナーや講習会の企画・運営を行っています。

金属プロセスチーム

 金属材料の加工プロセスである熱処理、溶解・鋳造、溶接・接合、粉末冶金、塑性加工等の技術分野について、EPMAやX線回折装置等を用いたミクロ組織の解析・制御技術を基盤とした技術的支援を行っています。日本熱処理技術協会、日本鋳造工学会、溶接学会、日本鉄鋼協会、日本金属学会等の学協会九州支部や九州金属熱処理工業会と連携して、地域の金属加工技術の向上を目指して、技術セミナーや講習会の企画・運営を行っています。

業務の紹介

■金属材料開発の支援
 「溶解」「熱処理」「組織観察」「元素分析」が行える設備をご利用していただくことで、金属材料開発の支援を行っています。

【金属材料開発支援の主要設備】

●溶解炉
アーク溶解炉:数十グラムのボタン状インゴット作製
高周波溶解炉:大気中溶解。鉄鋼約30kgの鋳造可能。鋳造専用砂場あり。
コールドクルーシブル溶解:制御雰囲気中溶解。高融点金属材料対応可能。
(*コールドクルーシブル溶解は、公設試で、福岡県だけが保有しています。)

●熱処理
焼鈍炉:大気雰囲気。1200℃まで。
ガス雰囲気炉:ガス雰囲気。900℃まで。
真空熱処理炉:制御雰囲気。1700℃まで。

●観察・分析
電子線マイクロアナライザー:表面における観察・元素分析(B〜Uまで)
ナノ金属組織解析システム:ナノレベルの観察、元素分析(EDS)、結晶方位解析(EBSD)
蛍光X線分析装置:迅速な定性・定量分析(B〜Uまで)
スパーク放電発光分装置:JISに対応した金属材料の分析可能
*機械電子研究所には、この他にも多数金属材料開発支援設備があります。

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■放電プラズマ焼結装置(SPS)を用いた研究開発
(1)異材の接合技術
構造物の高機能化、省コスト化に向け、近年注目されている複数の材料を適材適所に組み合わせた異材接合に関する技術開発に取り組んでいます。

(2)粉末冶金法による高強度材料の開発
メカニカルアロイング(MA)法及び放電プラズマ焼結法を利用して、超微細粒高強度材料の創製、2次加工プロセスまでの系統的な研究開発を行っています。

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■高窒素ステンレス鋼に関する研究開発
 高窒素オーステナイト(γ)系ステンレス鋼の製造や特性、溶接等に関する研究を行っています。特に、Niが希少元素で金属アレルギーの原因になる等の問題から、Niを窒素で代替したNiフリー高窒素γ系ステンレス鋼の創製に注力しています。

(1)固相窒素吸収法によるNiフリー高窒素γ系ステンレス鋼の創製と評価術
【主な研究テーマ】
1.Niフリー高窒素γ鋼線の高品位化熱処理プロセスの開発
2.恒温変態と逆変態によるFe-25Cr-1.1N合金の結晶粒径制御
3.引張変形挙動に及ぼす結晶粒微細化の影響
4.延性-脆性遷移に及ぼす固溶Cuの影響
5.(N+C)複合添加型Niフリーγ系ステンレス鋼の創製

(2)高窒素ステンレス鋼線の連続製造技術
高窒素鋼の製造方法として、加圧溶解法や「固相窒素吸収法」が提案されていますが、いずれも生産性に課題がありました。産学官にて、生産性と品質の優れた高窒素鋼線材の製造プロセスを考案し、「連続固相窒素吸収処理装置」を開発しました。

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(3)窒素を添加したステンレス鋼の溶接技術
窒素を0.2%添加したステンレス鋼SUS304N2において、鋼中の窒素を維持した接合方法が求められています。短時間で接合が完了するスポット溶接の場合、溶接後も窒素を維持していることが確認されました。

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■EPMAによる炭素・窒素の定量分析
 検量線法を用いれば、鉄鋼中の微量炭素や窒素(1mass%以下)の面分析や定量分析をすることが可能です。但し、良好な結果を得るためには、均一組成を有する標準試料が必要となります。分析事例として、検量線法による(1)炭素の線分析および(2)窒素の面分析の結果を示します。
EPMAによる炭素の定量分析
(1)炭素の定量分析(右図:検量線、左図:線分析結果)
EPMAによる窒素の定量分析
(2)窒素の定量分析(右図:検量線、左図:面分析結果)
■金属プレス加工時の割れ改善
 自動車の製造において金属プレス加工は最も重要な技術の一つですが、部品形状の複雑化・軽量化が進む程、部品には欠陥(割れ)が発生しやすくなります。従来は、部品や金型の設計を工夫することで対処していましたが、加工温度を制御するなど、新しい視点から割れを改善することを目指して研究を行っています。
■金属のミクロ組織制御
 金属材料の内部はミクロン(1ミクロンは1000分の1ミリメートル)レベルの組織で構成されており、その組織制御により強度の向上などの性能改善ができます。電子線マクロアナライザー(EPMA)等を用いた評価・解析技術を活用し、熱処理、塑性加工、溶解、焼結などのミクロ組織制御技術に基づいた研究や技術指導を行っています。
熱処理による金属のミクロ組織制御
熱処理による金属のミクロ組織制御
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■破面解析
 金属部品の破損原因の調査には、破断面の解析が重要な役割を担っています。電子顕微鏡等による観察技術を用いたマクロおよびミクロのレベルでの破断面構造の解析を行い、破損原因を推定しています。
金属部品破損の破面解析事例
金属部品破損の破面解析事例

表面プロセスチーム

 自動車や携帯電子機器での利用の増加が見込まれるマグネシウム合金について、応用範囲や付加価値の拡大を目指した表面処理技術(めっき、溶射等)について研究しています。また、めっき工場で発生するスラッジのリサイクル技術について産学官での研究開発に取り組んでいます。材料の成分分析、金属腐食の調査などの依頼や問い合わせについて、電子顕微鏡やICP発光分析装置等の高度な分析機器を用いた技術支援を行っています。

業務の紹介

■マグネシウムの表面処理
 軽くて丈夫な構造材料であるマグネシウム合金の利用が、ノートパソコン等の携帯電子機器の分野で拡大しており、また燃費の向上を目的として自動車等の輸送機械への利用拡大が期待されています。マグネシウム合金の使用可能な領域を増やすために、耐食性や耐摩耗性などの性能向上を図る表面処理技術の研究開発を行っています。
■めっきスラッジのリサイクル
 めっき工場から排出されるめっきスラッジ(泥状の排出物)は、現状では埋立処分されており、環境保護の観点から再資源化が望まれています。亜鉛のスラッジについて金属資源としての再生を目指したリサイクルシステムの試作を行っています。
■コールドスプレイ皮膜の開発
 コールドスプレイと呼ばれる新しい溶射技術を使って、自動車部品に適用できる溶射皮膜の開発を地場企業との共同で行っています。コールドスプレイにより形成される溶射皮膜は従来からの溶射皮膜とは特性が大きく異なることから、材料組成、材料作製方法についても検討を行い、開発を進めています。
■金属材料等の微量成分分析
 高機能・高性能な材料の開発要求により、部品等の成分元素の分析が以前に増して必要とされています。高度な分析機器(ICP発光分析装置、蛍光X線分析装置など)と分析スキルによる正確・精密な成分分析を提供しています。
■表面分析技術
 新材料開発や品質管理に必要とされる高精度な表面分析機器(走査電子顕微鏡、X線回折装置、グロー放電発光分析装置)を依頼試験や開放利用等として、蓄積してきた評価解析技術ともに提供しています。
SEM-EDXによる腐食部の成分分析例
SEM-EDXによる腐食部の成分分析例
グロー放電発光分析による表面処理鋼板の分析例
グロー放電発光分析による表面処理鋼板の分析例
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■腐食・防食技術
 金属材料は特定の条件下では腐食しやすくなります。外観不良による価値低下に留まらず、それが原因で機械部品の破損が生じることもあり、腐食原因の調査の相談が寄せられます。蓄積してきた防食技術により、原因の推定と対策の提案を行っています。
■材料評価技術講習会
 RoHS指令等での環境規制や高度な材料技術が求められる中、分析評価技術についての関心が高まっています。分析機器メーカ等との共催により最新の分析機器について、技術講習会を実施しています。年2回程度開催しており、参加料は無料です。
■めっき技術の中核人材育成
 本地域に蓄積されてきためっき技術の技術・技能の継承と、多種・多様化するめっきについての開発、解析、生産技術を産学官の連携のもとに創造することで、めっき産業の発展を支え、牽引する人材の育成を目指しています。