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近年、固体材料表面に各種機能を付与するために皮膜を施すことが多い。その際、密着強度向上を意図して基材表面に粗面化処理を施すことが多い。また、最近では。レーザ加工等により、基材表面に規則正しいテクスチャリングを施し、さらなる密着強度の向上を図ることが試みられている。しかしながら、皮膜と基材の界面の幾何学的形状は、密着強度のみならず、皮膜内の応力分布にも影響を及ぼし、結果として皮膜の見掛けの強度や皮膜に生ずるき裂のパターンに影響を及ぼすことが予想される。本研究では、これらの影響を定量的に調べることを最終目標とする。
まず、理論解析については、前年度までの成果を踏まえて、皮膜内に等間隔で並んだき裂を想定し、熱応力に起因する応力拡大係数や界面に作用する応力分布を高精度で求める手法を、連続分布転位法を応用することによって開発した。その成果は査読付きの学術雑誌「プラズマ応用科学」に投稿中である。
次に、実験的研究については、機械加工によりテクスチャを付与した鋼板表面にイットリア安定化ジルコニアを溶射することにより皮膜を施し、試験片として用いた。引張荷重により皮膜にき裂や剥離を発生させ、皮膜断面における様相を観察した結果、今回は、皮膜表面から発生したき裂と界面から発生したき裂が皮膜内で合体している様相が数多く観察された。この場合、界面から発生しているき裂の方が皮膜表面から発生しているき裂よりも数が遙かに多く、界面における応力の観点から説明可能であることが示唆された。なお、界面にテクスチャを付与せずに、単なる粗面化を施したのみの試験片では、端面から発生した剥離が皮膜全体の剥離に発展しているケースが数多く観察され、テクスチャリングの大規模剥離防止効果が確認できた。ただし、溶射の条件が異なる前年度までの実験では必ずしもそのような結果が得られた訳ではなく、より詳細な検討が必要であることは否めない。
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