2022 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 大阪公立大学, 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 | 固相積層造形 / コールドスプレー / その場ピーニング / 超高ひずみ速度 / 超大塑性変形 / 熱軟化 / 純Ni / INCONEL718 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では「コールドスプレーとその場ピーニングによる固相積層材の結合メカニズムの解明」を目的とした．まず，超音速コールドスプレーの数十ナノ秒間で起こる動的な粒子変形と結合過程が直接観察できない背景があった．次に，従来のコールドスプレー技術と独創的なその場ピーニングを融合した金属固相積層材（純NiやInconel718）における粒子の変形と界面の再結晶形態を，FIB/SEM/EBSD/TEMなどの先進装置で分析し，結合粒子の動的変形，再結晶現象および内部残留応力を定量化・可視化する新しい動的材料モデル（Ma-Wangモデル）を開発した．さらにコールドスプレーの４次元動的解析モデル(３次元形状と動的時間)を用いて，金属粒子の内部と表面で数十ナノ秒間に起こる，①超高ひずみ速度，②超大塑性変形，③衝突発熱，④酸化層の破壊，⑤固相動的再結晶という5つの材料挙動の動的時間経過および圧縮残留応力を再現し，固相結合形態との相関関係を明らかにした上，固相結合メカニズムを解明した．
具体的には，純NiやInconel718粒子コールドスプレーの超大塑性変形と10+4[1/s]を超える超高ひずみ速度による応力ひずみ関係を高精度で測定する技術を確立し，数100%塑性ひずみと超高ひずみ速度および温度による応力ひずみ硬化・軟化則をMa-Wangモデルで精度高く再現した．さらにMa-Wangモデルを用いて，数ナノ秒で発生したコールドスプレーの動的塑性変形や温度上昇および固相結合現象を高精度で再現した．3年間の成果を6編の査読論文としてすでに掲載しており、その内の3編を材料積層造形分野で評価が高いジャーナル「Acta Materialia (IF9.209)」や「Additive Manufacturing (11.632) 」で発表した．2022年度では2編のジャーナル論文を発表し、2編を投稿する予定．
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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