| 研究課題/領域番号 |
25420015
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
田中 拓 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80236629)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 環境強度 / 形状記憶合金 / マイクロアクチュエータ / 水素環境 / 疲労 |
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| 研究概要 |
本研究は，生体内や流体機械などの低濃度水素環境中での応用が期待されるTiNi形状記憶合金極細線マイクロアクチュエータについて，長期使用の間の環境劣化挙動とそのメカニズムを実験的に明らかにすることを目的としている．当該年度においては，まず，極細線マイクロアクチュエータに対して水溶液環境中において静的負荷による材料試験を実施できる試験システム，および，様々な変動負荷パターンでの疲労試験を行うことができる試験システムを構築した．水溶液環境中での試験のため，極細線試験片中央部が環境液槽内に入る構造とし，さらに陰極電解チャージによる水素導入を行いながら試験が実施できるものとした．疲労試験システムでは様々な負荷波形を与えることを想定し，ファンクションジェネレータからの出力を試験機制御装置に外部信号として入力し，アクチュエータをその波形にならって駆動させることができるものとした．
次いで，直径0.7mmのTiNi細線に対して，NaOH溶液中および純水中において，一定引張応力下，および低ひずみ速度下での遅れ破壊試験を実施した．NaOH溶液中の試験では，水素吸収の程度を変化させるため，高電流密度および低電流密度の陰極電解チャージに加え，さらに低水素濃度となる陰極電解チャージを行わない試験も実施した．その結果，チャージ電流密度が高い場合ほどTiNi細線の破断寿命は低下し，低水素濃度である陰極電解チャージなしのNaOH溶液中および純水中では十分長期間の試験でも乾燥大気中と比べて寿命低下がなく，破断には至らないことがわかった．
さらに，同じNaOH溶液中および純水中における疲労試験も開始した．繰返し速度2Hzの台形波で試験を行った結果，静的負荷の場合とは異なり，低水素濃度である陰極電解チャージなしのNaOH溶液中および純水中でも乾燥大気中と比べて疲労寿命が低下することがわかった．
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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
計画通り，TiNi細線マイクロアクチュエータ試験片に対して静的負荷および疲労負荷による材料試験を十分な精度で実施できる試験システムを構築できた．これら2台の試験機を作製できたことにより，静的負荷による遅れ破壊試験と疲労試験を並行して実施することが可能になっている．また，計画通り，直径0.7mmのTiNi細線マイクロアクチュエータ試験片に対して種々の環境下での遅れ破壊試験を実施したことに加え，当初は次年度開始予定だった疲労試験を開始することができ，研究目的である長期使用の間の環境劣化挙動について既に重要かつ興味深い知見が得られている．反面，予定していた直径0.1mmの試験片に対する遅れ破壊試験は次年度に持ち越すこととなり，疲労試験の予定より早い開始と遅れ破壊試験の一部の持ち越しを差し引きすれば，おおむね順調に研究は進展しているといえる．
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| 今後の研究の推進方策 |
まず，研究をより速やかに進めるためには疲労試験システムの数を増やして並行して複数の試験を行うことが重要と考え，当該年度に購入した振動発生機を用いた新規の試験システムの作製に着手する．実験に関しては当初の研究計画の変更を要する問題点は現状で特になく，まず，遅れ破壊試験を直径0.1mmのTiNi極細線試験に対して実施し，線径の影響を明らかにする．疲労試験に関しても同様に直径0.1mmの試験片に対して行うとともに，特に10の7乗サイクルを超える超寿命範囲となる低応力振幅域において破断下限界の応力振幅が存在するかどうかを詳細に検討する．また，既に着手している水素脆化き裂の発生・成長挙動の観察に加えて，高温超電導SQUID顕微鏡による水素化物および変態マルテンサイト相の計測に着手し，水素吸収による劣化の微視メカニズムの解明を目指す．これらの実験・観察結果をもとに，遅れ破壊試験および疲労試験のそれぞれについて，負荷応力と破断寿命の関係，水素脆化き裂の発生・成長挙動，および水素化物と変態マルテンサイト相の生成密度変化を踏まえることで，水素拡散とき裂の破壊力学に基づく破壊モデルを構築し，任意直径の極細線マイクロアクチュエータに適用できる破断寿命評価法を提案する計画である．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
当該年度の研究実施に必要かつ十分な支出を終えた段階で，受領額に対して小額が余ったが，不必要な物品購入などをせず次年度使用額としたほうが研究期間全体での研究遂行上，また補助金の不必要な使用を避ける社会的責任上，有意義と判断したため．
次年度使用額は小額のため使用計画に大きな変更はなく，消耗品費として使用予定である．
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