Development of In-situ indentation method for the establishment of microstructure design principles through the observation of cracking of multi-phase alloys

• Project/Area Number: 19K05026
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Miura Seiji 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50199949)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: その場観察 / 硬さ / 破壊 / 組織制御

Outline of Research at the Start

本研究では、脆性相-延性相からなる多相合金の破壊挙動理解を目指す。亀裂進展の情報を簡便に取得するために、透明サファイア圧子押し込み時の試料の変形・亀裂進展を「その場観察」する装置（顕微インデンタ）を用いて、時間経過に伴う変形・亀裂進展挙動を詳細に追跡する。
亀裂観察のために稜部分を研削し観察窓とした改良型ビッカース圧子を作製し、動画と荷重-変位曲線から亀裂進展と荷重の関係を抽出し、表面組織観察結果と組み合わせて、破壊挙動の情報化を進める。さらに、周辺装置（SEM-EBSD、SEM-EPMA）との連携のための共通試料ホルダの開発をおこなうと共に、組織と破壊の関係を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The aim of this research is to establish the experimental method for the in-situ observation of crack formation in multi-phase materials during the indentation though a transparent indent made of sapphire or diamond. This apparatus enables us to understand the time-dependent evolution of cracks and deformation around the indents.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、脆性相-延性相からなる多相合金の破壊挙動理解のために、亀裂進展の簡便な情報取得を目指した。ハイスループットな情報取得法として圧子押し込みによる破壊試験に、その場観察（in-situ）組み合わせることで、材料の弱点である破壊の本質に迫るために必須の情報を短時間で取得可能となり、新規合金・セラミックスや複合材料の開発期間短縮や工業製品のの事故解析による安全・安心の拡張に大きく寄与する。

Research Products

• [Presentation] 計装化in-situ Vickers Indentation法の挑戦とSi結晶の異方性破壊挙動の理解 (2020)
  • Author(s): 仲野暁登、三浦誠司、池田賢一
  • Organizer: 日本金属学会 微小領域の力学特性評価とマルチスケールモデリング研究会
• [Presentation] In-Situ Vickers Indentation による単結晶シリコンの異方性破壊挙動の観察 (2020)
  • Author(s): 仲野暁登、三浦誠司、池田賢一
  • Organizer: 日本金属学会秋期(第167回)講演大会
• [Presentation] 透明ダイヤモンド製Vickers圧子を用いたin-situ Vickersインデンテーション (2020)
  • Author(s): 仲野 暁登
  • Organizer: 日本金属学会春期大会
• [Presentation] 顕微インデンテーションに基づく表面「その場」破壊観察 (2019)
  • Author(s): 仲野 暁登
  • Organizer: 日本金属学会日本鉄鋼協会両北海道支部サマーセッション
• [Presentation] 脆性材料におけるVickers試験その場観察による評価 (2019)
  • Author(s): 仲野 暁登
  • Organizer: 日本金属学会・高温変形の組織ダイナミクス研究会「2019年度 夏の学校」
• [Presentation] 透明圧子を用いたVickers試験「その場」観察法の確立 (2019)
  • Author(s): 仲野 暁登
  • Organizer: 日本金属学会研究会No. 82微小領域の力学特性評価とマルチスケールモデリング「2019年度研究会」
• [Remarks] 北海道大学研究シーズ集：顕微インデンテーション
  • URL: https://seeds.mcip.hokudai.ac.jp/jp/view/102/