| 研究課題/領域番号 |
21H01664
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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26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
小川 和洋 東北大学, 工学研究科, 教授 (50312616)
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| 研究分担者 |
齋藤 宏輝 東北大学, 工学研究科, 助教 (20869648)
三浦 隆治 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 特任助教 (00570897)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
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| キーワード | コールドスプレー / 樹脂 / 成膜効率 / ナノセラミックス / 金属ボンドコート / ボンドコート / フッ素系樹脂 / 芳香族ポリエーテル / コールドスプレー法 / 活性金属 / 化学反応 / チタン / 樹脂皮膜 / 成膜性 / 中間層中間層 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
これまでの研究で，基材と樹脂皮膜の界面にTiが存在することで飛躍的に，成膜効率ならびに界面強度が向上することを突き止めた．しかし，このTi中間層がどのように成膜に関与するか，コールドスプレー成膜条件との相関はあるのか，他の金属材料は同様の効果を有するのか，等が全くわかっていない．本研究においては，実験的および数値解析的アプローチにより，金属中間層による成膜性改善のメカニズムを解明し，異種材料成膜に関する学術基盤を構築するとともに，安全性・信頼性に富む汎用性の高い異種材料成膜技術の開発に着手する．
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| 研究成果の概要 |
固相成膜技術であるコールドスプレー法は，樹脂の成膜が困難であり，成膜が可能な場合であっても成膜効率が1％未満と低いことが問題であった．本研究では，樹脂への活性なナノセラミック粒子の添加と金属ボンドコートを設けることにより，樹脂の成膜効率を飛躍的に向上させることに成功した．特に，金属基材と樹脂皮膜界面においては，金属ボンドコートとしてチタンを用いることで優れた成膜性が得られることを明らかにし，特にある粗さ以上になると顕著に向上することを突き止めた．また，樹脂粒子間の接合にはナノアルミナが有効であることも明らかにした．これらの組合せにより，成膜効率を60％程度まで向上させることに成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまで固相での成膜が困難であった樹脂材料に関し，固相成膜技術であるコールドスプレー法を用い，数mmオーダーの皮膜を高成膜効率で成型することを可能にした．特に，金属基材上への樹脂成膜といった異種材料成膜を可能にした．耐食性，撥水性あるいは耐摩耗性等に優れる樹脂を固相のまま成膜可能になり，その波及効果は大きい．また，異種材料成膜には，活性はナノセラミック粒子や活性金属ボンドコートによる化学的な結合が有効であることを示したさらに，基材表面がある粗さ以上になると驚愕的に成膜効率が向上することを明らかにしており，工業的にも工学的にも重要で有り，学術的な意義も高い．
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