2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fatigue design method of small-sized structures based on controlled nano-crystalline microstructure
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15H03896
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| Research Institution | Nagoya Industrial Science Research Institute |
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Principal Investigator |
田中 啓介 公益財団法人名古屋産業科学研究所, 研究部, 上席研究員 (80026244)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
來海 博央 名城大学, 理工学部, 教授 (30324453)
清水 憲一 名城大学, 理工学部, 准教授 (50294434)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 疲労 / 破壊力学 / 薄膜 / ナノ結晶 / き裂進展 / 結晶粒径依存性 / 微小構造体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. ナノ結晶（NC）と超微細粒（UFC）の切欠き材をUV-LIGAプロセスで創製し、疲労S-N特性をき裂発生と進展に分離評価した。き裂進展は破壊力学的手法により予測可能であった。き裂発生は結晶粒径の影響は大きく、UFC材では試験片表面でのすべりによる突き出しを伴っているのに対して、NC材でも極微小な突き出しは観察されたが、粒内すべりは観察されなかった。FIBで導入したマイクロ切欠きが疲労強度に与える影響を定量的に評価した。疲労強度はき裂の発生によって支配されており、疲労強度の低下は、膜中に存在する材料マイクロ欠陥を含めて、仮想き裂モデルによる予測が可能であることを示した。さらに、この手法は、マクロ切欠きを含めて統一的な微小構造体の疲労強度設計基準となることを提案した。
2．SEM内での引張負荷試験システムにより切欠き底の疲労き裂発生部および疲労き裂先端近傍の負荷・除荷でのその場観察により、き裂発生過程における粒界および粒内すべり変形の役割が、結晶粒径により大きく異なることを示した。また、ディジタル画像相関（DIC）法により、き裂進展下限界近傍でのき裂の開閉口の直接観察を成功させ、下限界有効応力拡大係数は結晶粒径に依存しないことが明らかにした。
3．電着液の容量を大きくすることから、均一なバルク材の創製はNC材およびUFC材について創製は可能となり、バルク材のき裂近傍のEBSD観察によって、結晶粒径が小さくなるにしたがって、粒内すべりを伴う粒内き裂から、粒界すべリによる粒界き裂の遷移することが明確に把握できた。
4. 電着ニッケル薄膜の疲労特性および機構に及ぼす結晶粒径効果の検討を総合することから、LIGAプロセスにより創製するMEMSの微小構造体について、結晶粒径、材料欠陥、構造体の応力集中を制御することから、疲労強度を向上させる手法とその強度設計法の基礎が構築できた。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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