| 研究課題/領域番号 |
15H05501
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
市川 裕士 東北大学, 工学研究科, 助教 (80451540)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 材料設計 / プロセス / 物性 / 評価 / 材料力学 / 溶射 / 接合 / 電子顕微鏡 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では「固相接合材料界面の特異な組織学的知見」と「収束イオンビーム加工観察装置(FIB)内で行う微小強度試験法」を発展させる事で微小領域の材料強度学の学術基盤を構築し，コールドスプレー法に代表される固相接合現象の本質的理解および広範囲への展開を目的としている．今年度は下記の2つの項目について検討を重ね以下のような知見を得た．
1. DIC技術を活用したひずみ計測技術の高度化
これまでの取り組みにより，超微小強度評価においてDIC（デジタル画像相関）技術を活用した応力-ひずみ線図の取得に成功している．今年度は応力-ひずみ線図の取得の高精度化および自動化を目的とし，新たに数値解析ソフトウェアを導入し実験後の解析手法の開発に取り組んだ．現時点では完全な自動化までは至っていないものの，実験後の解析処理の省力化を実現した．また，実験の測定精度では取得画像の解像度の最適化，昨年度導入したひずみ制御装置による試験速度の定量制御，および試験速度に対するサンプリングレートの最適化により，従来よりもノイズの少ない実験結果を得ることができた．今後も実験技術の改善に取り組んでいく．
2. EBSD法を援用した微視組織と強度の関係の体系化
微小試験片を作製する際にSEM-EBSD（電子線後方散乱回折）法を併用することで，微小試験片の結晶構造・方位などの微視組織情報の取得が可能である．本年度は，このEBSD法で得られた微視組織情報と強度の詳細な関係について詳細な検討を行った．コールドスプレー法で施工された銅皮膜を試験対象材料とした．本皮膜は数マイクロメートル程度の粒子が積層されているが，個々の粒子間の界面では，その位置によって結晶粒径および強度が大きく異なることが確認された．この理由について詳細に検討した結果，成膜時の粒子の変形履歴と組織・強度に密接な関係があることを明らかにした．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
1. DIC技術を活用したひずみ計測技術の高度化
本年度は，新たに数値解析ソフトウェアを導入し実験後の解析手法の開発に取り組み，実験後の解析処理の省力化を実現した．また，取得画像の解像度の最適化，昨年度導入したひずみ制御装置による試験速度の定量制御，および試験速度に対するサンプリングレートの最適化により，実験の測定精度が改善され従来よりもノイズの少ない実験結果を得ることができた．当初の目的を概ね達成した．
2. EBSD法を援用した微視組織と強度の関係の体系化
微小試験片を作製する際にSEM-EBSD（電子線後方散乱回折）法を併用することで，微小試験片の結晶構造・方位などの微視組織情報の取得が可能である．本年度は，このEBSD法で得られた微視組織情報と強度の詳細な関係について詳細な検討を行った．コールドスプレー法で施工された銅皮膜を試験対象材料とした．本皮膜は数マイクロメートル程度の粒子が積層されているが，個々の粒子間の界面では，その位置によって結晶粒径および強度が大きく異なることが確認された．この理由について詳細に検討した結果，成膜時の粒子の変形履歴と組織・強度に密接な関係があることを明らかにした．また，皮膜と基材の界面にも同様の試験を適用し密着強度の支配因子の検討にも着手した．
平成28年度は上記の2テーマを中心に当初計画に沿った形で実施し，初期の予定をほぼ達成できたことから，現在までの達成度を（2）と自己評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度はこれまでの成果を取りまとめ．微小領域の材料強度学の学術基盤を構築し，コールドスプレー法に代表される固相接合現象の本質的理解および広範囲への展開させるために，下記の項目について重点的に研究を進めていく．また，その遂行にあたっては国際共同研究を実施する．
1. マイクロスケール材料強度学の構築
これまでの取り組みにより，超微小強度試評価技術を確立し，コールドスプレー材料など固相接合材料の局所接合界面強度と微視組織の関係について多くのデータ・知見を得ることができた．しかし，これらのデータの中には従来の材料強度学ではうまく説明できないものも多い．これは試験サイズが極端に小さくなったことで，従来の材料強度学では曖昧に取り扱ってきた諸問題が健在化してきたものと考えられる．本年度は，これまでの実験データの整理，微視組織観察，さらに計算機シミュレーションを援用しながら，これらの現象を理解し，局所領域の強度信頼性を議論する新たな学術体系の構築を目指す．
2. 固相接合現象の解明
固相接合に必要なエネルギーの評価を進めることで，固相接合現象の解明を進める．これまでのコールドスプレーで試作した材料の強度試験データをまとめて銅と銅の界面の接合エネルギーを定量化する．この接合エネルギー，すなわち接合に必要な条件は微細組織などの材料側のパラメータとの相関があることが予想される．そこで，微視組織観察およびオージェ電子分光などを用いた破断面評価を併用し，特定の組織の接合に必要な力学的条件としてまとめ，それを発展させて一般的な接合条件としてまとめていく．その結果として材料強度の支配因子を特定し，次世代の材料開発の基本的な考え方として提案を目指す．
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