| 研究課題/領域番号 |
20H02452
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
麻 寧緒 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (10263328)
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| 研究分担者 |
渡邊 誠 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 分野長 (00391219)
高橋 誠 大阪大学, 接合科学研究所, 講師 (10294133)
諸岡 聡 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究副主幹 (10534422)
三村 耕司 大阪公立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70181972)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2022年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2020年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
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| キーワード | 積層造形 / 固相結合 / コールドスプレー / 超大ひずみ / 超高ひずみ速度 / 材料構成式 / 実験計測 / 数値解析 / 固相積層造形 / その場ピーニング / 超大塑性変形 / 熱軟化 / 純Ni / INCONEL718 / 超音速衝突 / 超高ひずみ速度硬化 / 動的再結晶 / 結合メカニズム / 材料モデル / 固相結合メカニズム / コールドスプレー結合 / 銅、アルミ、ニッケル / その場数値解析モデル / 超高ひずみ速度モデル / 粒子速度 / 粒子温度 / 粒子変形 / 応力ひずみ / 残留応力 / 四次元動的数値解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
数ナノ秒～数10ナノ秒ほどの短い時間で超音速衝突する金属粒子の内部と表面で発生した，①超高ひずみ速度，②超大塑性変形，③衝突発熱，④酸化層の破壊，⑤固相動的再結晶という５つの材料挙動を再現するこれまでにない新しい動的材料モデルを開発する．具体的には、材料流動応力の速度硬化理論に基づき，多くの実験データを統計して数理式を導出する．特に0.001[1/s]から104～9[1/s]までの広いひずみ速度領域における材料の流動応力を表現する．同時に金属粒子の衝突発熱と温度上昇を予測し，流動応力の熱軟化現象を表現する．さらに粒子表面酸化層の破壊および金属粒子の再結晶粒サイズの分布を予測する．
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| 研究成果の概要 |
純NiやInconel718粒子コールドスプレーの超大塑性変形と10+4[1/s]を超える超高ひずみ速度による応力ひずみ関係を高精度で測定する技術を確立し，数100%塑性ひずみと超高ひずみ速度および温度による応力ひずみ硬化・軟化の現象をMa-Wangモデルで定量的に定式化した．さらにMa-Wangモデルを用いて，数ナノ秒で発生したコールドスプレーの動的塑性変形や温度上昇および固相結合現象を高精度で再現した．これまでの成果をジャーナル論文７編や国内学会講演８回と国際会議２回にて発表掲載している．加えて１編のジャーナル論文を投稿して現在の修正原稿が査読されている．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
コールドスプレーの４次元動的解析モデル(３次元形状と動的時間)を用いて，金属粒子の内部と表面で数十ナノ秒間に起こる，①超高ひずみ速度，②超大塑性変形，③衝突発熱，④酸化層の破壊，⑤固相動的再結晶という5つの材料挙動の動的時間経過および圧縮残留応力の生成を再現し，固相結合形態との相関関係を明らかにした上，固相結合メカニズムを解明した．この成果を利用して，多くの数値解析と少ない実験の組合せで，各種金属の固相結合を実現するためのコールドスプレー施工条件を提示することが可能となり，モノづくりに必要な研究開発のコスト削減や品質の向上に貢献する．
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