2016 Fiscal Year Annual Research Report
Electromagnetic nondestructive evaluation of FRP adhesive interface debonding by using conductive DLC as built-in type probe
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16H04287
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高木 敏行 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小助川 博之 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (00709157)
内一 哲哉 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (70313038)
三木 寛之 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (80325943)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 渦電流探傷法 / 導電性ダイヤモンドライクカーボン / 接着接合 / 電磁非破壊評価 / 繊維強化プラスチック / 電磁センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、繊維強化複合材料の接着界面に生じる剥離損傷を外部から検出できる電磁非破壊評価法の開発を目指す。本研究課題を達成するため、耐環境性を有する金属含有導電性ダイヤモンドライクカーボン(Me-DLC)薄膜を接着界面に埋め込み遠方場プローブとし、電磁誘導を利用してプローブに生じる渦電流信号の変化を計測することで、界面の損傷状態を評価する手法を考案している。当該年度では、以下の事項について研究を進めた。
① 渦電流信号増大のための強磁性元素含有Me-DLCの作製と評価
渦電流信号は対象の電気伝導率と透磁率に大きく依存するため、強磁性元素を導入したMe-DLCの作製と物性評価および形態の分析を行った。炭素の原料ガスをメタンとし、プラズマ化学気相成長法(PECVD)とコバルトをターゲットとするスパッタリング法を併用するハイブリッド成膜システムを用いて、直径が7マイクロメートル程度のコバルトナノクラスタを導入したMe-DLCの作製(Co-DLC)に成功した。ラマン散乱分光分析とX線光電子分光法(XPS)により、Co-DLCの炭素の構造はメタン流量とPECVDの電圧条件により調節が可能であり、コバルトクラスタの大きさはスパッタリング法の電圧調節により調節が可能であることが示された。炭素構造とコバルトクラスタサイズの調節により、Co-DLCの電気伝導率と磁化、および機械的特性をコントロールできることが示唆された。
② Co-DLCの渦電流信号強度の測定
上置型相互誘導差動方式プローブを用いて、Co-DLCとその他の金属元素を導入したMe-DLCの渦電流信号の測定を行った。他のMe-DLCに比べて、高い渦電流信号を示すことを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
強磁性元素であるコバルトのスパッタリングは、研究開始時では困難であったが、成膜装置の方に工夫を加えることで、早い段階で解決することができた。これにより、Co-DLCの成膜の成功が早まり、当初の計画よりも早く研究を進めることができた。２年目で予定していた渦電流信号の測定に早々に着手することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は以下の事項について研究を進める。
① Co-DLCを対象とする渦電流信号の電磁場数値解析
有限要素法を用いたCo-DLCを対象とする渦電流信号の評価を行う。Co-DLCは厚さ600ナノメートルの薄膜であるので、軸対称モデルを利用する解析解および実験値と、有限要素解析により得られる値を比較し、Co-DLC薄膜の渦電流解析に必要となる知見を得る。
② Co-DLCパターンと渦電流試験コイルの最適設計・製作と渦電流信号評価
Co-DLCのパターンを作製し、これの渦電流信号評価を試みる。研究開始当初はドライエッチングによるCo-DLCのパターニングを考案していたが、Co-DLCはドライエッチングに極めて高い耐性を有することが確認されたため、マスキングにより成膜段階からパターンを施す方法に転換する。最終目標はFRPにおける接着接合の剥離検出なので、5ミリメートル以上のリフトオフにも対応できる渦電流試験コイルの設計も行う。Co-DLCパターン、試験コイル、リフトオフの相関性をパラメトリックに調査し、最適な組み合わせについての知見を得る。
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