2013 Fiscal Year Research-status Report
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25630014
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
中井 善一 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90155656)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 薄膜 / ナノ結晶材料 / 環境強度 / 疲労強度 |
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| Research Abstract |
ナノ結晶Ni合金電着薄膜は，極めて高強度であること，および紫外線フォトリソグラフィー法によって精密成形を行うことができることのために，マイクロマシン用材料として注目されている．一方，金属材料に関するこれまでの研究では，高強度材料は環境に敏感で，腐食環境中における強度は，大気中よりも大きく低下する場合の多いことが知られているが，ナノ結晶合金の環境強度については，ほとんど知られていない．特に，低次元材料の場合，環境と接する表面の体積に対する比率がバルク材と比べて極めて大きいために，環境助長破壊を生じやすいものと考えられる．そこで，本研究では，ナノ結晶Ni合金細線の環境強度を明らかし，ナノ結晶化がどの程度環境強度の向上に有効であるかを検証することを目的とした．
本年度は，まずナノ結晶Ni合金電着薄膜試験片作成法を開発し，その引張強度を調べた．その結果，電流密度が大きいほど，また，浴温度が高いほど同一時間で作成できる膜厚が大きいことが分かった．さらに，試験片と同形状の電極を用いることによって試験片を作成できることを明らかにした．
製膜状態の試験片と製膜後，250℃・1時間の熱処理を施した試験片を比較すると，ヤング率，引張り強さは変化しなかったが，後者で0.2%は上昇し，破断伸びは減少した．また，電流密度を大きくすると，引張強さ，破断伸びは低下し，浴温度を高くすると，引張強さは低下したが，破断伸びは大きくなった．なお，いずれの場合も，ヤング率はほぼ同値であった．
さらに，負荷容量50Nの動電型加振機およびUSB制御可能なファンクションジェネレータを購入して，薄膜用の疲労試験機を開発した．これを利用して，平成26年度以後は疲労試験を実施する予定である.
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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
薄膜の製作が可能になったこと，試験片の製作法が分かったこと，および，薄膜用疲労試験機を開発したことにより，次年度以後に順調に研究を遂行するための必要な技術を開発することができたため，当初の計画どおりに研究が進展したものと判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 低ひずみ速度試験 作製した試験片に水素チャージを施し，結晶粒径と引張り強さの関係を調べる．電解液としては1規定NaOHを用いる．また，短期間に材料の水素感受性を調べるために用いられている低ひずみ速度試験（SSRT：Slow Strain Rate Test）によって，水素チャージしながらSSRTを実施し，破断時の応力と水素チャージ量の関係および水素チャージ材の引張り強さとの関係を明らかにする．また，通常の結晶粒径を有するNi箔およびNiバルク材についても同様の試験を実施し，ナノ結晶粒材との相違および類似点を明らかにする．
2. 腐食環境中静荷重試験 3%食塩水中で，一定の応力を負荷し，負荷応力と破断時間の関係に及ぼす膜厚および結晶粒径の関係を明らかにする．また，通常の結晶粒径を有するNi箔およびNiバルク材についても同様の試験を実施し，ナノ結晶粒材との相違および類似点を明らかにする．
3. 疲労試験 大気中および3%食塩水中において，応力比0.1の片振り疲労試験を実施し，結晶粒径と疲労強度の関係を調べる．この場合も，通常の結晶粒径を有するNi箔およびNiバルク材についても同様の試験を実施し，ナノ結晶粒材との相違および類似点を明らかにする．なお，バルク材の疲労試験は，現有の疲労試験を用いて行う．
さらに，ナノ結晶粒材について，負荷繰返し速度の影響を調べることにより繰返し数依存破壊，時間依存破壊の分離の可能性について検討し，破壊メカニズムと合わせて考察する．
4. 結果の総合・考察 SSRTの試験結果と静負荷試験結果，疲労試験結果を比較・検討し，SSRT試験の妥当性について検討する．また，静負荷試験と疲労試験結果を比較・検討し，類似点と相違点を明らかにする．本課題は，平成27年度で終了する．
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