| 研究領域 | バルクナノメタル ー常識を覆す新しい構造材料の科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
25102701
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 研究機関 | 弘前大学 |
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研究代表者 |
佐藤 裕之 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (10225998)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 構造材料 / 開放応力 / 超微粒子 / 応力テンソル / 2D-XRD / 寿命予測 / クリープ / 長時間強度 |
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| 研究概要 |
本年度は下記の項目について検討し知見を得た。
（１）バルクナノメタルの残留応力の評価方法の検討：加工に伴う残留応力の開放によって生じるひずみをひずみゲージ法によって計測し，マクロスケールで測定される残留応力と残留ひずみを評価する方法を検討した。ひずみと応力の換算には弾性定数に関する情報が必要であり，弾性率測定装置を購入して使用した。弾性率の測定には，所定の長さ・形状の試験材が必要であり，バルクナノメタルのように大型の試験片を得にくい場合には測定方法をさらに検討する必要がある。また，バルクナノメタルの結晶粒微細化のために施された強加工の方向と残留応力の関係を整理するために，2D-XRD法による残留応力テンソルの測定を試み，主応力の方向と加工方向の関係を調査した。その際，計画班の研究者から試料の提供を受けた。（２）バルクナノメタルの残留応力の低減条件の探索：異なる条件で熱処理を施したバルクナノメタルの残留応力を評価し，バルクナノメタルの微細結晶粒と優れた力学特性を損なうことなく残留応力を低減させるための条件を探索するために，電気炉を改良し，基本的な実験の準備を行った。（３）残留応力と材料学的組織の関係の調査：残留応力の変化と材料学的組織の変化の関係を実験的に調べ検討するために，各種の顕微鏡による組織観察を試みた。
また，（４）アークプラズマ法による超微粒子とその焼結体の硬度およびクリープ変形特性についても検討を行ない，通常の粉体を用いた焼結体に比べて高い硬度を有する焼結体を得た。他に，（５）通常の結晶材・合金や，組織勾配を有する結晶材料の強度特性を実験的に検討し，高温強度・クリープ曲線の外挿・寿命予測法についても検討した。
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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
本研究は，微細構造部品の構造材料として期待されるバルクナノメタルの，残留応力の解放による変形の様相を調べ，残留応力が加工精度におよぼす影響を低減するためのプロセスを模索し，バルクナノメタルを，新しい高精度微細構造用材料として応用・展開するための基礎的知見を材料工学の立場から提案することを目的としている。
本年度は，（１）バルクナノメタルの残留応力の評価方法の検討，（２）バルクナノメタルの残留応力の低減条件の探索，（３）残留応力と材料学的組織の関係の調査，を基本的項目として実験・検討を行うこととし，（１）については，ひずみゲージを用いる解法応力の評価方法を検討したほか，2D-XRD法による残留応力テンソルの評価方法についても検討した。（２）については，実験装置を改良し，実験の準備を進めており，翌年度に実験を行うための基本的な準備を行った。（３）については，各種顕微鏡による観察を行った他，他研究機関にも観察の依頼を準備している。また，超微粒子の作成とその焼結による微細組織材の特性を明らかにしてきた。これらの他，バルクナノメタルの回復に伴って作られると予測される組織勾配と強度特性の関係を検討するための前段階として，通常の大きさの粒径を持つ組織勾配材の作成条件とその強度特性を明らかにしたほか，高温強度特性の外挿方法や寿命予測法についても検討を行っている。
これらを総合的に勘案し，研究はおおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究は，微細構造部品の構造材料として期待されるバルクナノメタルの，残留応力の解放による変形の様相を調べ，残留応力が加工精度におよぼす影響を低減するためのプロセスを模索し，バルクナノメタルを，新しい高精度微細構造用材料として応用・展開するための基礎的知見を材料工学の立場から提案することを目的としており，翌年度は引き続き次の項目について検討を行う。
（１）バルクナノメタルの残留応力の評価方法の検討：ひずみゲージ法や2D-XRD法に加えて，トワイマン効果と関連する勾配を有する加工ひずみの導入にともなう変形・ひずみの評価，およびそれらに基づく応力の評価方法について検討する。2D-XRD法については，できるだけ多様な条件での測定を試みることができるよう努める。（２）バルクナノメタルの残留応力の低減条件の探索：熱処理を施したバルクナノメタルの残留応力を評価し，バルクナノメタルの微細結晶粒と優れた力学特性を損なうことなく残留応力を低減させるための条件を探索する。（３）残留応力と材料学的組織の関係の調査：残留応力の変化と材料学的組織の変化の関係を実験的に調べ検討するために，各種の顕微鏡による組織観察を試みる。
また，バルクナノメタルの多様な特性を明らかにし検討するための礎を得るために，（４）アークプラズマ法による超微粒子の作製を行い，その焼結体の強度を評価する。また，（５）組織勾配材の作成方法とその強度特性についても検討する。
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