2015 Fiscal Year Annual Research Report
その場ナノ観察による自立単結晶銅ナノ薄膜の疲労き裂進展に及ぼす膜厚効果の解明
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26889038
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
近藤 俊之 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70735042)
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| Project Period (FY) |
2014-08-29 – 2016-03-31
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| Keywords | 材料強度学 / 薄膜 / 疲労 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜厚がサブμmオーダの多結晶金属ナノ薄膜は，膜厚の減少に伴って結晶粒が微細化する．さらに，疲労き裂発生・疲労き裂進展では，結晶粒界や双晶境界などの微視組織に起因する応力集中が変形・破壊を支配する．このことから，金属ナノ薄膜の疲労き裂進展に及ぼす膜厚効果を検討するためには，微視組織を排除した金属ナノ薄膜に対する疲労き裂進展試験を実施するとともに，き裂先端ナノ領域に生じる疲労損傷の詳細な観察が不可欠である．本研究では，単結晶銅ナノ薄膜の疲労き裂進展特性・進展機構とこれらに及ぼす膜厚効果の解明を目的とする．
本年度は，別途開発した大気中および電界放射走査型電子顕微鏡（FESEM）観察下で動作可能な自立ナノ薄膜用その場FESEM観察疲労試験機を用いて疲労き裂進展試験を実施した．膜厚が約600 nmの単結晶銅ナノ薄膜における疲労き裂は，き裂周囲に疲労損傷や入込み・突出しの形成を伴って安定進展した．さらに，き裂先端前方の損傷の形成過程をFESEMを用いて観察した結果，疲労き裂先端の前方に突出しを形成した後，これを経由して疲労き裂が進展した．多結晶銅ナノ薄膜では，微視組織における応力集中により入込み・突出しを先行して形成し，これを経由してき裂が進展した．一方，微視組織を排除した単結晶銅ナノ薄膜においても入込み・突出しを形成し，これを経由して疲労き裂が進展した．すなわち，入込み・突出しを伴う疲労き裂進展機構は，ナノ薄膜で普遍的な機構であることを明らかにした．
つぎに，膜厚が約300 nmでは，き裂進展の遅延，遅延時にき裂先端前方にすべり線の形成，およびすべり線に沿った急速進展を繰返してき裂が進展した．このとき，き裂周囲には顕著な疲労損傷や入込み・突出しを生じず，膜厚が減少すると疲労損傷の形成領域が局所化した．また，膜厚約600 nmの薄膜と比較して，切欠きからの疲労き裂発生強度が減少した．
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| Research Progress Status |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度が最終年度であるため、記入しない。
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