原子間力顕微鏡下その場観察とSSDA法画像処理によるナノスケールひずみ計測

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750079
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 植松 美彦 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80273580)
• Keywords: 原子間力顕微鏡 / 顕微鏡内疲労試験機 / 画像処理 / ナノスケール / 変位場計測 / すべり変形 / 疲労き裂進展 / 微視的観察

Research Abstract

原子間力顕微鏡(AFM)の観察ステージ上に設置が可能な,小型平面曲げ疲労試験機を用い、α黄銅の疲労き裂進展試験を行った.この時試験片には,収束イオンビーム装置によって微細な予き裂を導入している.予き裂から進展する疲労き裂先端近傍をAFMにより,連続的にその場観察した.その結果,α黄銅の結晶粒内には多くのすべり線が観察された.き裂はこれらのすべり線の影響を強く受けながら進展する.特に低進展速度域においては,結晶粒内で荷重軸に対して結晶方位学的に最も作動しやすいすべり系に沿ってき裂は進展する.しかし一方向のすべりが作動し続けることにより,そのすべり系上で繰返しひずみ硬化が生じるため,き裂進展は停留する.また繰返しひずみ硬化によって,最も作動しやすかったすべり系に比べて,他のすべり系が相対的に作動しやすくなり,停留したき裂はそのようなすべり変形によって分岐・屈曲することが判明した.
また,一方向性3%ケイ素鋼板を用いて,比較的高進展速度域における疲労き裂進展試験を行った.この時疲労き裂先端近傍をAFM観察するとともに,SSDA法画像処理によりき裂先端近傍の変位場計測を行った.その結果,き裂先端近傍すべり変形の変形量をナノからマイクロメータ単位で定量的に解析することが可能となった.画像処理により測定される実際のすべり変形量と,観察されるすべり線間隔などの情報から,モードI型の疲労き裂進展およびき裂開閉口挙動のモデルを提案した.

Research Products

• [Publications] 植松 美彦: "α黄銅の疲労き裂進展分岐・屈曲挙動のAFMその場観察"日本機械学会 2002年度 年次大会講演論文集. 405-406 (2002)
• [Publications] 植松 美彦: "α黄銅の低進展速度領域における疲労き裂進展挙動のAFMによるその場観察"日本機械学会平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. 647-648 (2002)
• [Publications] 植松 美彦: "一方向性3%ケイ素鋼板における疲労き裂先端近傍場のすべり変形のAFM観察"日本機械学会平成14年度材料力学部門講演会講演論文集. 649-650 (2002)
• [Publications] 植松 美彦: "AFMによる疲労き裂先端近傍のすべり変形観察および画像処理による定量解析"日本材料学会 第26回疲労シンポジウム講演論文集. 183-186 (2002)