2010 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ結晶金属薄膜の疲労損傷機構に関する微視破壊力学的研究
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21360055
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
田中 啓介 名城大学, 理工学部, 教授 (80026244)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
來海 博央 名城大学, 理工学部, 准教授 (30324453)
藤山 一成 名城大学, 理工学部, 教授 (20410772)
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| Keywords | 材料力学 / 疲労 / 破壊力学 / 薄膜 / ナノ結晶 / 電着法 / 疲労損傷機構 / 微視力学 |
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| Research Abstract |
1. 電着法によって創製されるニッケル薄膜の結晶粒径と電着条件との関係が明らかとなった。また、X線回折プロフィルから結晶粒径と微視的ひずみを高精度に分離するための、フーリエ解析プログラムを開発した。X線測定した粒径は、粒径が数10nm領域では、EBSDやTEMで測定した粒径より小さくなるが、10nm程度の領域ではよく一致する。
2. 引張試験における降伏応力および引張強度は、結晶粒径の微細化によりHall-Petch則に従って上昇するが、結晶粒径15nm以下での関係は、それ以上と異なり、破断延性も向上することから、変形機構の遷移が推察された。今後、変型機構の検討の必要性が認識された。
3. X線回折法により変形中の応力ひずみ関係とともに、回折プロファイルの計測を行うための、負荷装置を試作し、変形中のナノ結晶構造の変化を測定することが可能となった。放射光X線を使用して、結晶粒径が670nmと15nmのニッケル薄膜について負荷除荷1サイクル中のプロファイルの測定に成功した。結晶粒径によってプロファイル半価幅の挙動は大きく異なり、15nm薄膜では、半価幅が除荷後に初期値に戻るのに対して、670nm薄膜では半分程度が残留し、X線法による変型機構の検出が有望であることが確認された。
4. 結晶粒径が670nmと15nmのニッケル薄膜について、膜厚が30nmの場合を疲労強度は、10nmの場合より低くなり、膜厚が厚くなると両薄膜ともに疲労強度が減少した。
5. 硫酸銅溶液を使用した電着法で作製した膜厚10nmの銅薄膜の疲労強度は、同じ膜厚の圧延薄膜の半分程度であり、ニッケル薄膜とは大きく異なった。また、き裂進展抵抗も低くなり、疲労破面の形態はき裂進展速度により大きく異なった。なお、結晶の配向性は疲労強度にはあまり影響しなしい。
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