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2014 Fiscal Year Research-status Report

高強度低次元材料の環境強度に関する研究

Research Project

Project/Area Number 25630014
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

中井 善一  神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90155656)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords薄膜 / ナノ結晶材料 / 環境強度 / 疲労強度
Outline of Annual Research Achievements

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.
本研究では,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,紫外線フォトリソグラフィー法によらなくても,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,熱処理材のほうが引張り強さおよび破断伸びともに大きく低下した.一方,疲労強度に関しては,熱処理材の疲労限度が大きく上昇した.

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,研究は順調に進行している.なお,これまでの研究によって,電着膜の強度に光沢材が大きく関与している可能性が示唆された.これは,従来の研究では明らかにされていなかつたことである.従来は,熱処理によって残留応力が低減されるものと考えられていたが,実際には,加熱することにより材料中に含まれるポリマー状の光沢材が除去されることによる影響である可能性が高いという貴重な結果が得られた.このメカニズムを解明するために,本年度は時間を費やしたために,環境強度に関する実験は行っていない.一方,当初予定していなかった,疲労き裂伝ぱ試験を行うこともできた.これは,レーザー変位計を利用したサブミクロンの分解能でのき裂開口変位測定,およびコンプライアンスとき裂長さの関係の理論解析を行い,それを利用した疲労き裂伝ぱ試験プログラムを開発した成果である.

Strategy for Future Research Activity

今後は,純ニッケル薄膜だけでなく,バルク材の強度特性を調べるとともに,さらなる高強度化をはかるためにリンを含んだ電着膜を作成し,その強度特性を調べる.また,本年度が最終年度であるため,当初の目的である環境強度についても研究を実施する.
まず,平滑材の腐食環境中静荷重試験を実施する.この場合,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.
ついで,大気中および3%食塩水中において,平滑材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.さらに,時間的に可能であれば,腐食環境中における疲労き裂伝ぱ試験を実施する予定である.

Causes of Carryover

次年度が最終年度であり,学会発表を多くする必要があるため.

Expenditure Plan for Carryover Budget

成果発表旅費として使用.

  • Research Products

    (15 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Evaluation of Fatigue Damage by Diffraction Contrast Tomography Using Synchrotron Radiation2014

    • Author(s)
      Daiki Shiozawa, Yoshikazu Nakai, Ryotaro Miura, and Shota Matsuda
    • Journal Title

      Materials Science Forum

      Volume: 783-786 Pages: 2359-2364

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/MSF.783-786.2359

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Observation of rolling contact fatigue cracks by laminography using ultra-bright synchrotron radiation2014

    • Author(s)
      D. Shiozawa, T. Makino, Y. Neishi, and Y. Nakai
    • Journal Title

      Procedia Materials Science

      Volume: 3 Pages: 154-164

    • DOI

      10.1016/j.mspro.2014.06.030

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evaluation of rolling contact fatigue crack path in high strength steel with artificial defects2014

    • Author(s)
      T. Makino, Y. Neishi, D. Shiozawa, Y. Fukuda , K.Kajiwara and Y. Nakai
    • Journal Title

      International Journal of Fatigue

      Volume: 68 Pages: 168-177

    • DOI

      10.1016/j.ijfatigue.2014.05.006

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 放射光μCTイメージングを用いた腐食疲労におけるピットの成長及びき裂発生過程の4D解析2014

    • Author(s)
      塩澤大輝,岡田宗大,中井善一
    • Journal Title

      軽金属

      Volume: 11 Pages: 564-570

    • DOI

      10.2464/jilm.64.564

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ナノ結晶電着薄膜平滑材の疲労強度に関する研究2015

    • Author(s)
      堤 湧貴,榎本 寛之,前川 将悟,中井 善一
    • Organizer
      日本機械学会関西支部 第90 期定時総会講演会
    • Place of Presentation
      京都大学,京都市
    • Year and Date
      2015-03-16 – 2015-03-17
  • [Presentation] TiNi 形状記憶合金細線の水素環境下における疲労寿命に及ぼす応力波形の影響2015

    • Author(s)
      池山隆宏,田中拓,河野久晃,足立瞳,中井善一
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会平成26 年度学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      京都大学,京都市
    • Year and Date
      2015-03-14
  • [Presentation] ナノ結晶ニッケル電着薄膜の作成とその強度評価2015

    • Author(s)
      前川将悟,中井善一,堤湧貴,榎本寛之
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会平成26 年度学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      京都大学,京都市
    • Year and Date
      2015-03-14
  • [Presentation] 調和組織を有するチタン合金の疲労き裂伝ぱに関する研究2015

    • Author(s)
      久保薗宏樹,今井貴文,菊池将一,中井善一,上野明,飴山惠
    • Organizer
      日本機械学会関西学生会平成26 年度学生員卒業研究発表講演会
    • Place of Presentation
      京都大学,京都市
    • Year and Date
      2015-03-14
  • [Presentation] Evaluation of Fatigue Damage in Polycrystalline Alloys by Diffraction Contrast Tomography using Ultra-bright Synchrotron Radiation2014

    • Author(s)
      . Shiozawa, Y. Nakai, R. Miura, and S. Matsuda
    • Organizer
      3rd Japan-China Joint Symposium on Fatigue of Engineering Materials and Structures
    • Place of Presentation
      高山市民文化会館,高山市
    • Year and Date
      2014-11-06 – 2014-11-08
  • [Presentation] 4D evaluation of grain shape and fatigue damage of individual grain in polycrystalline alloys by diffraction contrast tomography using ultra-bright synchrotron radiation2014

    • Author(s)
      D. Shiozawa, Y. Nakai, R. Miura, S. Matsuda
    • Organizer
      International Conference on Fatigue Damage of Structural Materials X
    • Place of Presentation
      Hyannis Conference Center, Hyannis, MA, USA
    • Year and Date
      2014-09-21 – 2014-09-26
  • [Presentation] 形状記憶合金細線の疲労寿命に及ぼす環境の影響2014

    • Author(s)
      足立 瞳,田中 拓,河野久晃,中井善一
    • Organizer
      日本機械学会材料力学カンファレンス(M&M2014)
    • Place of Presentation
      福島大学,福島市
    • Year and Date
      2014-07-19 – 2014-07-21
  • [Presentation] Observation of rolling contact fatigue cracks by laminography using ultra-bright synchrotron radiation2014

    • Author(s)
      D. Shiozawa, T. Makino, Y. Neishi, and Y. Nakai
    • Organizer
      20th European Conference on Fracture (ECF20)
    • Place of Presentation
      Norwegian University of Science and Technology, Trondheim, Norway
    • Year and Date
      2014-06-30 – 2014-07-04
  • [Presentation] 放射光回折コントラストトモグラフィによる低サイクル疲労の損傷評価2014

    • Author(s)
      中尾亮太,塩澤大輝,中井善一,政田尚也,松田翔太
    • Organizer
      日本材料学会第63期学術講演会
    • Place of Presentation
      福岡大学,福岡市
    • Year and Date
      2014-05-17 – 2014-05-18
  • [Book] 破壊力学2014

    • Author(s)
      中井善一,久保司郎
    • Total Pages
      184
    • Publisher
      朝倉書店
  • [Remarks] 破壊制御学研究室

    • URL

      http://www.research.kobe-u.ac.jp/eng-fracture/

URL: 

Published: 2016-05-27  

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