バイオセラミック・コーティング材の界面残留応力評価に関する研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06452142
• Research Category: Grant-in-Aid for General Scientific Research (B)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 鵜飼 隆好 北海道大学, 工学部, 教授 (00001165)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柴野 純一 北海道大学, 工学部, 助手 (60206141) ; 村林 俊 北海道大学, 工学部, 助教授 (30200306) ; 但野 茂 北海道大学, 工学部, 助教授 (50175444)
• Keywords: バイオセラミックス / コーティング界面 / 残留応力 / 白色X線 / 弾性表面波 / 非破壊評価

Research Abstract

1.バイオセラミックスのコーティング条件の検討
基材に生体材料として用いられているオーステナイト系ステンレス鋼SUS316、コーティング材にバイオセラミックスとして注目されている窒化チタンTiNを選択し、スパッタリングによるコーティングを行った。そして、コーティング層の割れや剥離の生じないスパッタリング条件を検討した。その結果、以下の条件の下で膜厚3.4μmの良好なコーティング層が得られた。
◎投入電力:100W、放電圧(Ar+N_2):1.0Pa、N_2分圧:0.014Pa、蒸着時間:10hr
2.白色X線法によるセラミックコーティング界面残留応力測定法の構築
研究代表者らが開発した白色X線法の理論を発展させて、コーティング材の界面残留応力測定法を構築した。この測定法を用いてTiNコーティング試料の残留応力を評価した。その結果、TiNコーティング層には圧縮の残留応力、基材SUS316にはTiNとの接合界面に圧縮の残留応力および応力こう配が確認された。TiNコーティング層内にも急な応力こう配の存在が考えられるが、本測定法では評価できなかった。現在、新たな測定法を構築中である。
3.弾性表面波によるセラミックコーティング層の残留応力測定法の構築
ディジタルストレージスコープ1台、ユニバーサルカウンタ1台、パルス発生器1台、くさび形トランスジューサ3個を用いて測定システムを構築した。15EA08:予備実験として、SUS316の弾性表面波に対応したくさび形トランスジューサを用いて、タイムインターバル法の検討を行っている。現在までに明らかになっていることは以下のとおりである。1)入力強度5V、周波数5MHzのパルスの場合、トランスジューサ間距離50mmまでは弾性表面波の検出が可能である。2)トランスジューサの試験片への装着圧力や接触媒体の厚さによって弾性表面波の強度が変化する。

Research Products

• [Publications] 柴野純一,他2名: "白色X線の回折線ピークを利用した応力の深さ方向分布の測定法" 日本機械学会論文集. 60. 784-791 (1994)
• [Publications] 柴野純一,他2名: "白色X線による残留応力の深さ方向分布測定" 材料. 43. 806-811 (1994)
• [Publications] 鵜飼隆好,他2名: "白色X線による三次元応力測定" 日本機械学会論文集. 60. 1610-1616 (1994)
• [Publications] 柴野純一,他6名: "X線エネルギー分散法を用いたコーティング界面応力測定法" 北海道大学高エネルギー超強力X線回折室年報. 11. 10-13 (1994)
• [Publications] J.Shibano,他2名: "Measurement Method of the Stress Distribution Along a Depth by Polychromatic X-Ray" Proc.of the 4th International Conference on Residual Stress. 207-213 (1994)
• [Publications] J.Shibano,他2名: "Polychromatic X-Ray Method for Residual Stress Measurements in a Subsurface Layer" EXPERIMENTAL MECHANICS. (in press).