レーザー衝撃法による高密度格子欠陥導入・高密度結晶構造残存の機構解明とその応用

• 研究課題/領域番号: 25420778
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 材料加工・組織制御工学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 佐野 智一 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30314371)
• 連携研究者: 荒河 一渡 島根大学, 総合理工学研究科, 准教授 (30294367) ; 犬伏 雄一 理化学研究所, ビームライン開発チーム, 特別研究員 (40506250) ; 細貝 知直 大阪大学, 大学院工学研究科, 特任准教授 (80361533)
• 研究協力者: 佐野 雄二 ; 松田 朋己 ; 柏原 亮太 ; 松山 法央
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2015年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2014年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: フェムト秒レーザー / 衝撃圧縮 / レーザー衝撃法 / 準安定構造 / 格子欠陥 / ピーニング / 転位導入

研究成果の概要

結晶構造の異なる5種類の材料に対してフェムト秒レーザを照射し照射後の金属組織変化および力学的特性変化を調べた結果、鉄、チタン、シリコンに関しては準安定構造が存在すること、また全ての材料に関して高密度の格子欠陥が形成されていることと硬度が上昇することが明らかとなった。純鉄に対してフェムト秒レーザの条件を変化させて照射し照射後の金属組織変化および力学的特性変化を調べた結果、フェムト秒レーザパルスのショット数が硬化深さおよび硬化率に影響を及ぼすことがわかった。応用研究項目であるプラズマ閉じ込め媒質を用いない新しいレーザピーニング手法の開発に取り組み、材料の疲労特性を向上させられることがわかった。

研究成果

• [国際共同研究] ネバダ大学リノ校/シンシナティ大学(米国)
• [国際共同研究] リュブリャナ大学(スロベニア)
• [雑誌論文] フェムト秒レーザピーニングとその動的計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐野智一
  • 雑誌名: 第83回レーザ加工学会論文集 巻: 2015 ページ: 167-170
  • 査読あり
• [雑誌論文] フェムト秒レーザ駆動衝撃波を繰り返し負荷した鉄中に形成される高密度転位組織 (2015)
  • 著者名/発表者名: 松田朋己, 佐野智一, 塚田貴大, 荒河一渡, 廣瀬明夫
  • 雑誌名: レーザ加工学会誌 巻: 22 ページ: 46-51
  • NAID: 40020403367
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] チタニウム合金Ti-6Al-4V のフェムト秒レーザピーニング技術の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩田匠平, 佐野智一, 廣瀬明夫
  • 雑誌名: 第21回エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術シンポジウム (Mate2015) 論文集 巻: 2015 ページ: 445-446
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond laser-driven shock-induced dislocation structures in iron (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, T. Sano, K. Arakawa, O. Sakata, H. Tajiri, and A. Hirose
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 7 号: 12 ページ: 122704-122704
  • DOI: 10.7567/apex.7.122704
  • NAID: 210000137332
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dislocation structure produced by an ultrashort shock pulse (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, T. Sano, K. Arakawa, and A. Hirose
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 116 号: 18 ページ: 183506-183506
  • DOI: 10.1063/1.4901928
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiple-shocks induced nanocrystallization in iron (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Matsuda, Tomokazu Sano, Kazuto Arakawa, and Akio Hirose
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 号: 2 ページ: 021902-021902
  • DOI: 10.1063/1.4890389
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 固体のフェムト秒レーザー駆動衝撃圧縮 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐野智一, 廣瀬明夫
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 42 ページ: 452-455
  • NAID: 130007897583
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Femtosecond Laser Direct Joining of Copper with Polyethylene Terephthalate (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, S. Iwasaki, Y. Ozeki, K. Itoh, and A. Hirose
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 54 号: 6 ページ: 926-930
  • DOI: 10.2320/matertrans.MD201229
  • NAID: 10031176410
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり
• [雑誌論文] レーザ誘起前方転写法による金属微細配線のパターニング (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐野智一, 廣瀬明夫
  • 雑誌名: スマートプロセス学会誌 巻: 2 ページ: 192-196
  • NAID: 10031188158
  • 査読あり
• [雑誌論文] フェムト秒レーザー駆動衝撃圧縮下のその場XFEL回折計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐野智一
  • 雑誌名: 放射線化学会誌 巻: 96 ページ: 23-28
  • 査読あり
• [学会発表] A consideration of the mechanism of femtosecond laser peening (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sano
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2015 (MS&T'15)
  • 発表場所: Greater Columbus Convention Center, OH, USA
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Surface hardening of iron using repetitive femtosecond laser-driven shock waves (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, T. Sano, K. Arakawa, A. Hirose
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2015 (MS&T'15)
  • 発表場所: Greater Columbus Convention Center, OH, USA
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] Femtosecond laser peening of iron and its application to laser welds (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Iwata, T. Sano, T. Matsuda, A. Hirose, S. Tsutsumi, Y. Sano
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2015 (MS&T'15)
  • 発表場所: Greater Columbus Convention Center, OH, USA
  • 年月日: 2015-10-04
  • 国際学会
• [学会発表] 鉄鋼材料のフェムト秒レーザピーニングに関する基礎的検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩田匠平, 佐野智一, 松田朋己, 堤成一郎, 廣瀬明夫
  • 学会等名: 溶接学会平成27年度秋季全国大会
  • 発表場所: 北海道科学大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2015-09-02
• [学会発表] アルミニウム合金A2024のフェムト秒レーザピーニングとその疲労特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 詠村嵩之, 佐野智一, 廣瀬明夫, 堤成一朗, 政木清孝, 佐野雄二
  • 学会等名: 溶接学会平成27年度秋季全国大会
  • 発表場所: 北海道科学大学（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2015-09-02
• [学会発表] Femtosecond Laser Peening for Strengthening Micro Weld Joint and its Mechanism (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sano and A. Hirose
  • 学会等名: 68th IIW Annual Assembly & International Conference
  • 発表場所: Helsinki, Finland
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Femtosecond Laser Peening without Sacrificial Overlay under Atmospheric Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, T. Eimura, S. Iwata, N. Matsuyama, R. Kashiwabara, T. Matsuda, Y. Isshiki, A. Hirose, K. Arakawa, T. Hashimoto, S. Tsutsumi, K. Masaki, and Y. Sano
  • 学会等名: The 7th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP2015)
  • 発表場所: Kokura, Japan
  • 年月日: 2015-05-26
  • 国際学会
• [学会発表] Ultrafast Lattice Dynamics of Femtosecond Laser-driven Shocked Iron probed with XFEL (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, T. Matsuda, M. Ohata, T. Terai, A. Hirose, H. Uranishi, N. Ozaki, R. Kodama, T. Yabuuchi, K. A. Tanaka, T. Hosokai, T. Matsuoka, K. Arakawa, Y. Tange, T. Sato, T. Sekine, T. Mashimo, Y. Sano, Y. Sano, Y. Inubushi, T. Sato, M. Yabashi, T. Togashi, K. Tono, and O. Sakata
  • 学会等名: The 7th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP2015)
  • 発表場所: Kokura, Japan
  • 年月日: 2015-05-26
  • 国際学会
• [学会発表] Femtosecond Laser Peening without Sacrificial Overlay under Atmospheric Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, T. Eimura, S. Iwata, N. Matsuyama, R. Kashiwabara, T. Matsuda, Y. Isshiki, A. Hirose, K. Arakawa, T. Hashimoto, S. Tsutsumi, K. Masaki, and Y. Sano
  • 学会等名: 5th International Conference on Laser peening and Related Phenomena
  • 発表場所: University of Cincinnati, USA
  • 年月日: 2015-05-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrafast Lattice Dynamics of Femtosecond Laser-driven Shocked Iron probed with XFEL (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, T. Matsuda, M. Ohata, T. Terai, A. Hirose, H. Uranishi, N. Ozaki, R. Kodama, T. Yabuuchi, K. A. Tanaka, T. Hosokai, T. Matsuoka, K. Arakawa, Y. Tange, T. Sato, T. Sekine, T. Mashimo, Y. Sano, Y. Sano, Y. Inubushi, T. Sato, M. Yabashi, T. Togashi, K. Tono, and O. Sakata
  • 学会等名: 5th International Conference on Laser peening and Related Phenomena
  • 発表場所: University of Cincinnati, USA
  • 年月日: 2015-05-10
  • 国際学会
• [学会発表] フェムト秒レーザー衝撃圧縮された結晶格子のその場X線自由電子レーザー回折計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐野智一
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第35回年次大会
  • 発表場所: 東海大学高輪校舎
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-12
• [学会発表] Ultrafast Structural Dynamics of Shock-Compressed Iron Probed with XFEL (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] Ultrafast Visualization of Structural Dynamics in Femtosecond Laser-Driven Shocked Iron Probed with XFEL (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano and A. Hirose
  • 学会等名: The International Symposium on Visualization in Joining & Welding Science through Advanced Measurements and Simulation (Visual-JW)
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park, Osaka
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] Femtosecond Laser Peening for Strengthening of Nano/Micro-weld Joints and Its Dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano and A. Hirose
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2014 Conference and Exhibition (MS&T'14)
  • 発表場所: Pittsburgh, PA, USA
  • 年月日: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [学会発表] Femtosecond Laser Peening of A6061-T651 Aluminum Alloy (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Matsuyama, T. Sano, Y. Sano, and A. Hirose
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2014 Conference and Exhibition (MS&T'14)
  • 発表場所: Pittsburgh, PA, USA
  • 年月日: 2014-10-12 – 2014-10-16
• [学会発表] フェムト秒レーザー駆動衝撃波により形成される衝撃初期の転位組織 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田朋己, 佐野智一, 廣瀬明夫, 荒河一渡
  • 学会等名: 日本金属学会2014年秋期(第155回)講演大会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [学会発表] チタニウム材料のフェムト秒レーザピーニングに関する基礎的検討 (2014)
  • 著者名/発表者名: 岩田匠平, 佐野智一, 廣瀬明夫, 佐野雄二
  • 学会等名: 溶接学会平成26年度秋季全国大会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] アルミニウム合金A6061のフェムト秒レーザピーニング (2014)
  • 著者名/発表者名: 松山法央, 佐野智一, 廣瀬明夫, 佐野雄二
  • 学会等名: 溶接学会平成26年度秋季全国大会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] フェムト秒レーザ駆動衝撃波による鉄の表層ナノ結晶化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田朋己, 佐野智一, 荒河一渡, 廣瀬明夫
  • 学会等名: 溶接学会平成26年度秋季全国大会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-12
• [学会発表] Femtosecond laser peening for strengthening of nano/micro-weld joints and its dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano and A. Hirose
  • 学会等名: 67th IIW Annual Assembly & International Conference
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] Femtosecond laser shock processing of solids and its dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano and A. Hirose
  • 学会等名: 13th International Ceramics Congress (CIMTEC)
  • 発表場所: Montecatini Terme, Italy
  • 年月日: 2014-06-08 – 2014-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] Femtosecond Laser-driven Shock Processing of Solids and its Dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sano and A. Hirose
  • 学会等名: International Conference on High Energy Density Sciences 2014
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2014-04-22 – 2014-04-24
• [学会発表] フェムト秒レーザー駆動衝撃圧縮状態をその場診断するためのレーザー航跡場加速超短電子パルスに対する期待 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐野智一, 廣瀬明夫, 荒河一渡, 細貝知直
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
• [学会発表] フェムト秒レーザー駆動衝撃波による純鉄のナノ結晶化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松田朋己, 佐野智一, 廣瀬明夫, 荒河一渡
  • 学会等名: 日本金属学会2014年春期講演大会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス
• [学会発表] マイクロ接合部強化のためのフェムト秒レーザピーニング技術の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松山法大, 佐野智一, 廣瀬明夫
  • 学会等名: 第20回エレクトロニクスにおけるマイクロ接合・実装技術シンポジウム
  • 発表場所: パシフィコ横浜
• [学会発表] Femtosecond laser peening of iron and aluminum for microjoint (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, T. Matsuda, R. Kashiwabara, N. Matsuyama, K. Arakawa, Y. Sano, and A. Hirose
  • 学会等名: International Conference on Processing & Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC'2013)
  • 発表場所: Rio Hotel, Las Vegas, NV, USA
  • 招待講演
• [学会発表] XFEL回折によるフェムト秒レーザー駆動衝撃圧縮下の固体の格子ダイナミクス計測 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐野智一, 松田朋己, 廣瀬明夫, 尾崎典雅, 浦西宏幸, 松岡健之, 兒玉了祐, 荒河一渡, 佐野雄二, 関根利守, 佐藤友子, 丹下慶範, 富樫格, 登野健介, 犬伏雄一, 佐藤尭洋, 矢橋牧名, 坂田修身
  • 学会等名: 第54回高圧討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
• [学会発表] フェムト秒レーザー駆動衝撃波による鉄の格子欠陥形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松田朋己, 佐野智一, 荒河一渡, 廣瀬明夫
  • 学会等名: 第54回高圧討論会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
• [学会発表] Femtosecond Laser Peening without Sacrificial Overlay under Ambient Condition (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, T. Matsuda, R. Kashiwabara, N. Matsuyama, K. Arakawa, Y. Sano, and A. Hirose
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2013 Conference and Exhibition (MS&T'13)
  • 発表場所: Motreal, Quebec, Canada
• [学会発表] Femtosecond Laser Peening of A2024-T351 Aluminum Alloy in Air without Coating and Plasma Confinement Medium (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kashiwabara, T. Sano, Y. Sano, and A. Hirose
  • 学会等名: Materials Science & Technology 2013 Conference and Exhibition (MS&T'13)
  • 発表場所: Motreal, Quebec, Canada
• [学会発表] Ultrafast XFEL Diffraction Measurements of Femtosecond Laser-driven Shock-Compressed Fe @ SACLA (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, T. Matsuda, A. Hirose, N. Ozaki, H. Uranishi, T. Matsuoka, R. Kodama, K. Arakawa, Y. Sano, T. Sekine, Y. Tange, T. Togashi, K. Tono, Y. Inubushi, T. Sato, M. Yabashi, and O. Sakata
  • 学会等名: X-FEL2013 X-ray Free Electron Laser School and symposium
  • 発表場所: Dinard, France
• [学会発表] Nanocrystallization of iron induced by multiple femtosecond laser shock loadings (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, T. Sano, K. Arakawa, and A. Hirose
  • 学会等名: X-FEL2013 X-ray Free Electron Laser School and symposium
  • 発表場所: Dinard, France
• [学会発表] 純鉄のフェムト秒レーザー駆動衝撃波による高密度格子欠陥の形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松田朋己, 佐野智一, 荒河一渡, 廣瀬明夫
  • 学会等名: 溶接学会平成25年度秋季全国大会
  • 発表場所: 岡山理科大学
• [学会発表] アルミニウム合金A2024‑T351のフェムト秒レーザピーニング (2013)
  • 著者名/発表者名: 柏原亮太, 佐野智一, 佐野雄二, 廣瀬明夫
  • 学会等名: 溶接学会平成25年度秋季全国大会
  • 発表場所: 岡山理科大学
• [学会発表] シングルモードファイバーレーザ溶接によるアルミニウム合金の高速溶接に関する基礎的検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松山法央, 佐野智一, 小椋智, 鳥越功, 三瓶和久, 廣瀬明夫
  • 学会等名: 溶接学会平成25年度秋季全国大会
  • 発表場所: 岡山理科大学
• [学会発表] Ultrafast XFEL diffraction measurements of femtosecond laser-driven shock-compressed iron (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, N. Ozaki, T. Matsuda, R. Kashiwabara, N. Matsuyama, H. Uranishi, K. Nakatsuka, Y. Kondo, T. Matsuoka, Y. Sano, Y. Tange, T. Sato, T. Sekine, K. Arakawa, T. Togashi, K. Tono, Y. Inubushi, T. Sato, M. Yabashi, O. Sakata, A. Hirose, and R. Kodama
  • 学会等名: APS-SCCM & AIRAPT-24 Joint Conference
  • 発表場所: Seattle, USA
• [学会発表] Femtosecond laser-driven shock-induced lattice defects in iron (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuda, T. Sano, K. Arakawa, and A. Hirose
  • 学会等名: APS-SCCM & AIRAPT-24 Joint Conference
  • 発表場所: Seattle, USA
• [学会発表] XFEL diffraction of engineering materials under dynamic loading by nanoseconds laser pulse at SACLA (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Sano, T. Sano, N. Ozaki, T. Fujita, K. Hirota, S. Miyashita, T. Matsuda, H. Uranishi, R. Kashiwabara, Y. Kondo, T. Matsuoka, K. Arakawa, T. Adachi, M. Hashimoto, Y. Inubushi, T. Sato, K. Ogawa, M. Yabashi, T. Togashi, K. Tono, O. Sakata, K. Akita, K. Masaki, K. A. Tanaka, and R. Kodama
  • 学会等名: APS-SCCM & AIRAPT-24 Joint Conference
  • 発表場所: Seattle, USA
• [学会発表] Femtosecond laser peening without sacrificial overlay under ambient condition (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Sano, T. Matsuda, R. Kashiwabara, N. Matsuyama, K. Arakawa, Y. Sano, and A. Hirose
  • 学会等名: 4th International Conference on Laser Peening and Related Phenomena
  • 発表場所: Universidad Politecnica de Madrid, Spain