2013 Fiscal Year Research-status Report
| Project/Area Number |
25420008
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
藤本 浩司 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40182993)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | 皮膜 / コーティング / き裂（割れ） / 剥離 / テクスチャ / 粗面化 |
|---|
| Research Abstract |
近年、固体材料表面に各種機能を付与するために皮膜を施すことが多い。その際、密着強度向上を意図して基材表面に粗面化処理を施すことが多いが、皮膜と基材の界面の幾何学的形状は、密着強度のみならず、皮膜内の応力分布にも影響を及ぼし、結果として皮膜の見掛けの強度や皮膜に生ずるき裂のパターンに影響を及ぼすことが予想される。本研究では、これらの影響を定量的に調べることを最終目的とする。
まず、皮膜におけるき裂の応力拡大係数の計算法として、当初予定していた有限要素法を用いる代わりに、連続分布転位法を応用したより簡便な手法を提案し、その有効性を検証した。計算の結果、基材が皮膜に対して剛である程、皮膜内のき裂の応力拡大係数は小さくなるが、界面応力は大きくなるので剥離の観点からは注意が必要であることが判明した。
次に、ブラスト加工により粗面化処理を施した鋼製の基材に脆性皮膜を施し、まずは予備実験として、曲げ試験やボール・オン・リング試験により皮膜に引張荷重を作用させ、生じるき裂のパターンの観察を行ったが、いずれの試験においても、基材の表面粗さと皮膜におけるき裂の発生パターンに有意な相関は見出せなかったが、これは今にしてみれば実験に不慣れなことが原因であったと思われる。再度、ボール・オン・リング試験により同様の観察を行った結果、今度は、基材表面の自乗平均粗さが16～20マイクロメートルのときに、皮膜がき裂によって分割される領域（島）の数の密度が極小になる、即ち、皮膜が細かく割れる代わりに剥離を起こし易いという事実が判明した。
さらに、機械加工により、基材表面にＶ字形の規則正しい溝を切った試験片を作製し、同様の試験を試みたが、皮膜の作製段階で割れが生じる等の問題が生じた。従って、特定の条件のみにおけるデータしか得られていないが、溝の深さがき裂のパターンに大きく影響することを示唆する結果が得られた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
基材表面に規則正しいテクスチャリングを機械加工した試験片に脆性皮膜を施すことが極めて限られた条件下でしか実現できなかったため。
|
| Strategy for Future Research Activity |
(1) 基材表面を粗面化した際の、その幾何学的形状の定量化については、平成25年度は自乗平均粗さや凹凸を考慮した表面積を考えてきたが、それでは不十分であることは明白である。今後は界面の幾何学的形状をより正確に表現できるパラメータを模索していく。
(2) 平成25年度は、皮膜材として、応力解析塗料として用いられている脆性塗料を用いた。しかし、この皮膜は時間の経過と共に割れが増えていくという、研究用としては取り扱いにくい性質を持っている。今後は、プラズマ溶射によって作製されたセラミックス製の皮膜を用いてき裂のパターンを調べたいと考えている。
(3) プラズマ溶射によって作製された皮膜はスプラットの集合体であり、均質材とは言えない面を持っているので、三次元プリンタにより脆性皮膜を形成して、本実験に供することができないかを検討したいと考えている。三次元プリンタそのものは研究代表者の所属専攻に導入されているが、まだアイデアの段階なので実現できるか否かは現段階では不明である。
(4) 本試験に供するために、Ｖ字型あるいはＵ字形の細かい溝を規則正しく基材表面に切って、脆性皮膜を施す手法を模索する。
(5) 皮膜と基材の界面がうねっている場合の皮膜内のき裂の解析法を確立させる。
|
