集束イオンビームを利用した溶射スプラット周辺における微小応力分布測定技術の開発

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17760589
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 渡邊 誠 独立行政法人物質・材料研究機構, 材料研究所, 主任研究員 (00391219)
• Keywords: 溶射 / コーティング / 集束イオンビーム(FIB) / 残留応力 / 電子線モアレ法 / 高速フレーム溶射(HVOF)

Research Abstract

【背景と目的】
粒子を基材に吹き付けてコーティングを行う溶射プロセスにおいて、粒子密着の素過程を理解することは極めて重要である。特に近年、高速フレーム溶射やコールドスプレーといった粒子を完全に溶かすことなく固相のまま基材へ衝突させ、密着させる手法が注目されてきている。これらのプロセスでは、粒子の衝突による運動エネルギーの熱エネルギーへの変換、基材へ導入される大きな塑性変形や残留応力が皮膜の密着性を支配していると考えられている。そのため、微小な単一粒子の衝突により基材へ導入されるひずみや残留応力の大きさを実験的に定量評価することが望まれている。本研究はそのための手法を開発することを目的としている。
【本年度のアプローチ】
本年度は、(1)電子線モアレ法を適用するための基材表面へのグリッド作製、(2)粒子衝突により基材へ導入される応力場・ひずみ場の有限要素法を用いた動解析により予測、(3)直径50μm弱の粒子1個を約500μm四方の領域内へ衝突させるための溶射システムの構築、(4)さらに単一の溶射粒子を実際に基材へ衝突させ、集束イオンビーム(FIB)技術を用いたスリットの導入とそれに伴うひずみ場変化の導入を行った。
【本年度得られた知見】
上記のアプローチにより、(1)基材上への金グリッド線を作製するための最適化条件。(幅1μmの金グリッド線を間隔約1μmにて、500x600μmの領域へ作製など。)(2)数値解析により溶射粒子衝突により、基材へ導入される塑性ひずみは局部的に200%を超えることも明らかとなった。(3)基材の金グリッド上にWC-Co粒子を打ち込み、粒子衝突に生じた基材の変形をモアレ像として測定することに成功した。今後、モアレ像の解析を行い、および各種実験条件の最適化を行う必要がある。