Bonding mechanism analysis of solid state cold spray and in-situ peening

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02452
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Ma Ninshu 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (10263328)
• 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 積層造形 / 固相結合 / コールドスプレー / 超大ひずみ / 超高ひずみ速度 / 材料構成式 / 実験計測 / 数値解析

Outline of Final Research Achievements

Through this research, the material constitutive model (Ma-Wang model) for mathematically expressing the relationship among the stress, strain, ultra-high strain rate and temperature was established. The material property tests and cold-spray tests were performed on the pure Ni and Inconel718. Using the Ma-Wang model, the dynamic plastic deformation, temperature rise, and solid-phase bonding phenomena of cold spray occurring in a few nanoseconds were reproduced with high accuracy. The research results have been published in 7 journal papers, 8 domestic conference presentations, and 2 international conferences. In addition, another journal article are being reviewed.

Free Research Field

計算力学、材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

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の生成を再現し，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．この成果を利用して，多くの数値解析と少ない実験の組合せで，各種金属の固相結合を実現するためのコールドスプレー施工条件を提示することが可能となり，モノづくりに必要な研究開発のコスト削減や品質の向上に貢献する．