表面薄膜層の疲労劣化の検出と試験システム

1991 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02555147
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 肥後 矢吉 東京工業大学, 精密工学研究所, 助教授 (30016802)
• 研究分担者: 大内 千秋 NKK, 新材料事業部, 技術室次長 ; 熊井 真次 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (00178055) ; 布村 成具 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (60016764)
• キーワード: 薄膜 / 疲労 / 接着強度 / インデンタ- / 波形解析

研究概要

薄膜層は製造段階から熱歪等が繰り返し加わり、割れや剥離が生じやすく、しかも膜を正確に評価する有効な手法が無い事が開発の障害となっている。
本研究は、薄膜の疲労強度や接着疲労強度を硬さ測定用のインデンタ-を用いて材料の微小部分に繰り返し負荷を与え、その時の荷重-歪応答波形から音響波形解析の手法を用いて微小な塑性変形量のみを精密に分離し、その変化より表面薄膜層の疲労劣化検出と試験システムを試作することを目的とした。
本試験研究は平成2年度に基礎的なシステムの作製とシステム化への問題点を検討し、表面薄膜層内部の任意の微小領域に疲労劣化部を導入試験できることを検証するため、疲労損傷が固執すべり帯として検出容易な7075アルミニウム合金を用いて試験を行なった。光学顕微鏡で損傷位置が観察可能な条件で試験を行なった結果、計算より予測した材料内部に疲労損傷である固執すべり帯が観察され、材料中の任意の位置(表面〜300ミクロン)の任意の微小領域(100〜10ミクロン以下)に目的とする疲労損傷が導入できる事が検証され、理論計算値とも良い一致を示すことが明かとなった。また損傷は単に力学的条件のみならず材料の異方性を反映することも明かとなり、膜の方位特性をも評価できることが示された。
平成3年度に行ったシステム評価では、負荷-歪応答より音響における波形解析の手法を応用して非線形成分、即ち塑性変形成分に対応するヒステリシスを求め、材料の疲労特性との関係を検討した。その結果、非線形成分は薄膜の厚さとともに膜と他物質との接触によるフレッチング疲労とも関連することがわかり、その分野の評価法としても本システムが応用できることが明かとなった。今後本試験システムの信頼性を上げるために、多く種類の膜と本システムによる評価の関係をより詳細に検討し膜使用中のデ-タも含めたデ-タ-ベ-ス化を行う必要がある。

研究成果

• [文献書誌] 野口 新二.熊井 真次 肥後 矢吉.布村 成具: "Hertz接触を利用した微小疲労試験" 日本金属学会秋期大学講演概要. 107. 226- (1990)
• [文献書誌] S.NOGUCHI,Y.HIGO,S.KUMAI and S.NUNOMURA: "Indentation Loading Method as a Miniturized Fatigue Testing" Fatigue 90. 4. 2291-2296 (1990)
• [文献書誌] 横井 龍雄,野口 新二,熊井 真次 肥後 矢吉,布村 成具: "微小押し込み疲労試験における疲労損傷位置と圧痕形状" 日本金属学会春期大学講演概要. 108. 142- (1991)
• [文献書誌] 野口 新二,横井 龍雄 熊井 真次,布村 成具: "押し込み疲労試験における疲労き裂開始挙動と標準疲労試験との比較検討" 日本金属学会秋期大学講演概要. 109. 391- (1991)
• [文献書誌] S.Nunomura,S.Noguchi,Y.Okamura,S.Kumai,and S.Jltsukawa: "Two Micro Fatigue Test Methods for Irradiated Materials" ASTM STP“Small Specimen Test Technigues and Their Applications to Nuclear Reactor Vessel Thermal Annealed and Plant Life Extension". (1992)