新生面生成機構に着目したコールドスプレー成膜メカニズム解明

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19860007
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 市川 裕士 Tohoku University, 大学院・工学研究科, COEフェロー (80451540)
• Keywords: 機械材料・材料力学 / 材料加工・処理 / 構造・機能材料

Research Abstract

近年コールドスプレー(以下CS)法と呼ばれる新しい成膜方法が脚光を集めている.これは圧縮気体により,数十μmオーダーの金属微粒子を亜音速から超音速レベルにまで加速し,固相状態のまま基材に衝突させることにより皮膜を形成させる技術である.CS法には,従来の溶射法よりも緻密で熱影響の少ない皮膜を高い成膜速度で作製できるという利点があり,溶射法に替わる技術として期待されている.しかしながら,成膜メカニズムは完全には解明されていない.従来の研究により粒子が変形し付着する際の自然酸化皮膜の破壊,すなわち新生面の生成が重要な現象であることが明らかとなった.また,付着粒子の形状の分析およびFEA解析結果との比較により,付着粒子が一定量以上の塑性変形量が生じたときに付着が生じることを見出した.本研究では新生面の生成に着目しこれらの2つの実験事実を結びつけCS成膜メカニズムの解明することを目的とする.
本年度の研究では粒子付着挙動への表面酸化皮膜が及ぼす影響を調査した.アルマイト処理および大気中時効熱処理により表面酸化物厚さの異なる基材を準備し,これらの基材に粒子をまばらに衝突させた試験片を作製した.同一条件で粒子を衝突させた場合,厚い酸化皮膜を持つ基材では,酸化皮膜破壊が難しくなるため,付着の臨界速度条件が高速側にシフトするはずである.付着粒子数を測定し付着効率を検討した結果,酸化皮膜が厚い基材ほど付着効率が低下することが明らかとなった.また,これらの基材表面の硬さ試験を行い,機械的特性を評価した結果,酸化皮膜の有無以外に機械的な特性には大きな差異はない事が確認された.これらの結果より,同一の機械的特性を持つ基材でもその表面酸化皮膜の有無が付着特性に大きな影響を与えることを明らかにした.