XRD法を用いた金属薄膜による繰返し応力測定法に関する研究

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04239
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 小野 勇一 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (50335501)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森戸 茂一 島根大学, 学術研究院理工学系, 教授 (00301242)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 応力・ひずみ計測 / 実験応力解析 / めっき法 / 金属疲労

Outline of Annual Research Achievements

まず，硫酸銅を主体とするめっき浴にて鏡面仕上げを施したステンレス板に銅めっきを施し，めっき層をステンレス板から剥離することで厚さ20μm程度の銅薄膜を得た．この銅薄膜を5mm×10mm程度に切り出し，炭素工具鋼製の試験片にひずみゲージ用瞬間接着剤で接着した．次いで試験片を疲労試験機に取り付け，種々の二軸応力比（＝第二主応力／第一主応力）において繰返し負荷試験を実施した．銅薄膜全面に成長粒子が発生するまで疲労試験を実施した後，銅薄膜表面をXRD法により解析し，（220）面の配向度に二軸応力比依存性が確認できたので，ロットゲーリングファクターを計算した．二軸応力比が-1に近い条件ではロットゲーリングファクターが0.7程度の高い値であるのに対し，二軸応力比が0に近づくと急激にロットゲーリングファクターも0に近づくことが明らかとなった．成長粒子は最大せん断応力の影響を受けて成長するが，二軸応力比が0に近づくと，面外方向の最大せん断応力が大きくなり，ロットゲーリングファクターもこの影響を受けたと考えられる．そこで，主せん断応力比を用いて，ロットゲーリングファクターを整理すると，主せん断応力比が0.75から1.0の範囲であれば，ロットゲーリングファクターから主応力を計算することができることが明らかとなった．ただし，主せん断応力比が0.50から0.75の範囲では顕著なロットゲーリングファクターの差が認められなかったので，主応力の計測は困難であることも明らかとなった．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の初年度の研究計画は，電着銅薄膜に発生する成長粒子をXRD法により解析し，ロットゲーリングファクターを計算することで，主応力を求める較正式を導出ることであったので，ほぼ計画通り進行している．

Strategy for Future Research Activity

今後は電着ニッケル薄膜についても同様に繰返し負荷試験後にロットゲーリングファクターを計算して，主応力測定の可否を検討する予定である．すなわち，硫酸ニッケルと塩化ニッケルを主体とするめっき浴を用いて，ステンレス板にニッケルめっきを施し，めっき層をステンレス板から剥離することで電着ニッケル薄膜を作製する．電着ニッケルは電着銅では計測できない高温雰囲気で応力を計測できる特徴があるので，電着ニッケル薄膜を試験片に接着し200℃程度の雰囲気温度で繰返し負荷試験を成長粒子が薄膜全面に発生するまで実施する．さらに，これをXRD法により解析し，ロットゲーリングファクターを計算する．ニッケル薄膜も銅薄膜と同様に面心立方晶であるので，粒成長も類似すると考えられるので，ロットゲーリングファクターを用いた主応力測定法について検討を加える．また，電着銅薄膜に対して，主せん断応力比が0.50から0.75の範囲では主応力の計測ができない問題を解決する方法についても検討を加える予定である．