2021 Fiscal Year Research-status Report
固相接合界面現象の解明に基づく先進コールドスプレー法の確立
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20K15056
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
齋藤 宏輝 東北大学, 工学研究科, 助教 (20869648)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | コールドスプレー法 / 固相接合 / 異種材料 / 低温プラズマ / 表面酸化皮膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コールドスプレー法は固相金属粒子の衝突のみによって皮膜・堆積物を製作することができるため，加熱によって金属を液相化する工程を必要とする鋳物や接合などの従来法と比較して，桁違いに低いエネルギーで材料部材を生成するポテンシャルをもっている．コールドスプレー法による成膜は，金属基材・粒子表面に存在する表面酸化皮膜の破壊および新生面の接触が重要であるが，他固相接合法では異種材料の組み合わせ次第で酸化皮膜の存在により接合が促進される可能性について報告がなされている．本研究では，異種材料固相接合の鍵となる接合界面酸化皮膜の本質的役割を明らかにし，接合に適した酸化皮膜状態をつくることで，多様な異種材料の接合を実現する先進的なコールドスプレー技術を開発することを目的としている．2年目にあたる今年度は，初年度に有効性を提案した低温プラズマによる基材表面処理について，酸化皮膜除去性能を定量的に評価することを目的とした．酸化皮膜除去に及ぼすプラズマガス種および照射条件の影響を明らかにするため，連続電気化学還元法による酸化皮膜厚さの計測を行った．本実験より，アルゴン/水素ガスを用いた低温プラズマ処理は金属表面に存在する数nmオーダーの酸化皮膜を有効に除去できることがわかり，コールドスプレーによる金属粒子の付着と顕著な相関があることが示唆された．今年度の成果より，酸化皮膜厚さの調整および定量的な評価が可能になり，固相粒子衝突による材料接合に及ぼす基材表面酸化皮膜の影響を明らかにする基礎技術を確立することができた．
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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
装置開発および分析手法の確立まで推進することができ，国際・国内会議での成果公表も含めて計画通りに遂行することができている．また，当該分野の国内での成果公表学会として最もふさわしい日本溶射学会において，全国講演大会ベストプレゼンテーション賞を受賞するなど今後の研究展開への期待を集めた．以上のことから現在までの進捗状況はおおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，酸化皮膜厚さをナノオーダー単位で変更した基材に対してコールドスプレー成膜を行い，固相衝突粒子の衝突・接合・積層挙動に及ぼす基材表面酸化皮膜の影響を定量的に評価する．また，表面酸化皮膜の影響を考慮した粒子衝突・堆積過程の数値シミュレーションを行い，衝突粒子の動的な変形挙動に及ぼす表面酸化皮膜の影響を明らかにする．加えて，TEM等による粒子-基材間の界面観察から接合状態を評価し，一連の研究から固相粒子衝突による材料接合に適した表面酸化皮膜の状態を明らかにする．
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