| 研究課題/領域番号 |
19360335
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| 研究機関 | 独立行政法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
黒田 聖治 独立行政法人物質・材料研究機構, コーティング・複合材料センター, センター長 (50354220)
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| 研究分担者 |
渡邊 誠 独立行政法人物質・材料研究機構, コーティング・複合材料センター, 主任研究員 (00391219)
磯本 良則 広島大学, 工学研究科, 准教授 (40127626)
片野田 洋 鹿児島大学, 工学部, 准教授 (40336946)
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| キーワード | 材料加工・処理 / 衝撃応用 / コーティング / 微粒子 / 接合 |
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| 研究概要 |
本研究は固相粒子が高速度で基材に衝突し、瞬間的に接合されて皮膜を形成する現象を解明することを目的としている。工業的にはコールドスプレー、アエロゾルデポジション等の名称で開発されている。
まず、金属粒子の粒径、速度、温度が衝突現象に及ぼす影響を見積もる目的で、チタン粒子の衝突・変形挙動の数値解析を行った。材料物性の温度依存性、衝突に伴う温度上昇と熱伝導を取り入れた動的弾塑性モデルを構築し、粒子速度100〜1000m/s、温度293〜1273K、直径5〜125μmと条件を変えて解析を行い、実験による単一粒子の断面形状と比較した。
速度と温度を制御した粉末粒子を衝突させる実験法として、広島大所有のガス銃を用いる。粒子速度を100〜1500m/sの範囲で制御できるように、2段軽ガス銃の設置架台を改造し、無煙火薬を可燃性ガスに替えるために燃焼室を大きくした。発射管を固定するフランジを製作し、試料加熱のための試験室及び加熱器を作製した。試料温度を測定する熱電対を設置し、断熱効果を上げるための治具を試作した。
酸化物粒子については、前駆体を液滴化し熱処理して酸化物粒子を合成し、減圧室に引き込んで基材に衝突させるための装置を試作している。まず、液滴作成部としてインクジェットプリンタヘッドを導入し、前駆体を液滴化しようと試みたが、溶媒の蒸発が予想以上に速くジェットノズルが閉塞するという問題が発生した。溶媒について検討中。
数値流体シミュレーションと粒子挙動解析プログラムを用いて種々のノズル形状、圧力条件、粒子直径、ノズル-基板間距離に対して粒子の基材への衝突速度を計算した。衝突速度と計算条件の関係を分析し衝突速度を広範囲に変えることができるパラメータの探索を行った。その結果、タグチメソッドが有効であるという知見が得られた。
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