レーザー超音波による応力下での転位挙動のリアルタイム観測

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650060
• Research Institution: Meiji University
• Principal Investigator: 崔 博坤 明治大学, 理工学部, 教授 (30143530)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小泉 大一 明治大学, 理工学部, 教授 (60126050)
• Keywords: レーザー励起超音波 / 液体金属脆化 / ガリウム / ジュラルミン / 残留応力 / 表面波

Research Abstract

アルミ合金のような金属材料にガリウムのような液体金属を付着させると延性破壊が脆性破壊に変化するという(液体金属脆化)現象を解明する目的で、レーザー励起された広帯域表面波パルスを使った音速・減衰測定から、液体ガリウムのジュラルミン(2017)に対する侵入過程を観測する実験を12年度に行った。その結果わかったことは、まずガリウムは蜘蛛の巣状に約38μm/sという異常に早い速度で表面直下を拡がる。第2段階としてガリウムは直線的ではなく一様に、表面直下よりやや深い部分を30μm/sの速度で侵入する。第1段階は侵入するガリウム量が少ないため音速には反映しないが、第2段階の変化を反映して音速は2.5%減少することが観測された。縦波・横波についても同様に測定し、その変化は表面波に比べて約1桁小さく深さ方向には表面方向と比べて数十分の1の速度で侵入することが確認された。
ガリウムによる液体金属脆化は応力が大きいほど著しいという実験結果がわかっているので、観測された表面とバルクでの侵入速度の差は表面の残留応力に原因があるのではないかと推論した。そこで13年度はレーザー励起超音波を用いて、12年度に用いたと同じジュラルミン試料の表面波速度異方性(方向依存性)を測定した。その結果、表面波速度の異方性が約0.25%観測された。また、速度の方向依存性を表す楕円の長軸方向もガリウム侵入が早い方向と一致した。これらから、試料作製時などに生成された残留応力が侵入速度に影響していることが示唆された。現在、引張試験機を用いてレーザー励起表面波速度の応力依存性を観測する予定で準備を進めている。