2020 Fiscal Year Annual Research Report
Bonding mechanism analysis of solid state cold spray and in-situ peening
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20H02452
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
麻 寧緒 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (10263328)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 誠 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 分野長 (00391219)
高橋 誠 大阪大学, 接合科学研究所, 講師 (10294133)
諸岡 聡 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (10534422)
三村 耕司 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70181972)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | コールドスプレー / 積層造形 / 結合メカニズム / 粒子速度 / 粒子温度 / 粒子変形 / 応力ひずみ / 残留応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度の研究では、スプレーのN2ガス流量と基板温度がそれぞれ（毎分500L, 315C）、（毎分1000L, 262C）、（毎分1500L, 221C）、（毎分2000L, 187C）という４条件で純Niコールドスプレー積層材を製作し、Hopkinson棒衝撃試験法を用いて毎秒10E+5という超高ひずみ速度での応力ひずみ曲線の取得に成功した。加えて、それぞれのひずみ速度および室温から1000℃までの温度範囲における応力ひずみのデータを取得し、それらのデータを利用して、Ma-Wang材料モデル（ひずみ依存、超高ひずみ速度依存および温度依存）およびTanimura-Mimura材料モデル（ひずみ依存、超高ひずみ速度依存）の物性パラメータを新たな数理同定法で決定した。さらに、純Ni粒子のコールドスプレー積層中における塑性変形、界面結合状態および温度変化を数値解析し、結合状態と粒子の温度や衝撃速度の関係を明らかにした。最後に、積層材の残留応力を、X線回折法や切断法でそれぞれ測定した。コールドスプレー積層材における残留応力は、溶融積層法の残留応力と比較して、かなり小さくまたは圧縮になる成果が得られた。
研究成果を、特許1点(特願2020-100443)、英文ジャーナルActa Materialia(IF7.656)とAdditive Manufacturing (IF7.002)および Surface and Coatings Technology (IF3.784)に論文３編、関連学会（溶接学会、日本塑性加工学会）で講演論文４編、卒論３編（大阪大学、大阪府立大学）として発表した。
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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
2020年度の計画では、純Ni粒子を対象とし、コールドスプレー固相結合メカニズムを研究明する目標を立てた。計画した研究項目（固相積層試験片の製作、動的材料物性データの取得、動的材料モデルの検証、４次元動的数値解析モデルの構築、５つの材料挙動と結合条件の定量化・可視化、結合界面の組織観察と分析、固相積層材における３次元残留応力の切断法による測定、固相積層材の引張強度測定）は、おおむね順調に進展している。放射光測定法による３次元残留応力の計測は、2021年6月にスケジュールされている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度の計画では、以下の研究項目を順次に実施する。
・固相積層試験片の製作、・動的材料物性データの取得、・動的材料モデルの検証
・４次元動的数値解析モデルの構築、・５つの材料挙動と結合条件の定量化・可視化
・結合界面の組織観察と分析、・固相積層材における３次元残留応力の測定、・固相積層材の引張強度測定。
・2020年度の研究成果を、国内学会、国際会議およびジャーナル論文として発表する。
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