2021 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication and strength micromechanism of electroplated alloy films having periodic composition-gradient structures
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19K05034
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
兼子 佳久 大阪市立大学, 大学院工学研究科, 教授 (40283098)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | electrodeposition / composition gradient / strength / nanostructured material |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ni/Cu多層膜においては，短時間・低温の焼鈍により，強度が増加することが報告されている。Ni/Cu界面付近に相互拡散層が形成されていることが指摘されているが，強度発現機構は明らかにされていない。本課題では特殊な電気めっきを用いることでこの拡散層に相当する傾斜組成構造を直接作製した。
まず，1μm周期で変動するCo-Cu傾斜組成膜を作製しTEM/EDX法で解析した結果，Co濃度が60％から80％の範囲で濃度が線形的に変化していることを確認した。次に，濃度振幅Δcを固定し濃度勾配dc/dxを変化させたNi-Cu合金傾斜組成膜では，全ての傾斜組成膜で均質合金膜よりも高い硬さを示した。Co-Cu合金傾斜組成膜では，低いdc/dxではCo-Cu均質合金膜と硬さは同じであったが，それ以上のdc/dxでは均質合金膜より硬かった。dc/dxを固定したNi-Cu合金傾斜組成膜では，硬さはΔcに依存しなかった。一方，Co-Cu合金傾斜組成膜では，Δcが増加するにつれて硬さが増加する傾向が見られた。
XRD解析では，Ni-Cu合金傾斜組成膜ではdc/dxに依存して，２重，台形状，および単一のピークが検出された。Co-Cu 傾斜組成膜では，左右非対称な拡がりをもつ単一のピークが見られた。台形状のピークが現れたNi-Cu合金傾斜組成膜では，Misfit転位が傾斜領域全体に三次元的に分布することで成長方向に対して連続的に格子定数が変化し，その結果X線回折ピークが台形状となったと解釈することができる。一方，単一のピークが現れたCo-Cu合金傾斜組成膜では弾性的なひずみで格子不適合を主に緩和していると考えられる。それぞれ，Misfit転位による可動転位運動の阻害，局所的な内部応力による可動転位運動の阻害によって強化が達成されたと理解することができた。
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