ソフトメタルコーティングによる耐疲労材料の創製

一般に、金属材料表面に軟質層が存在すると、疲労き裂発生が容易となり、疲労寿命が低下する。しかし、金属材料の表面にソフトなメタル層(延性に富み、使用温度で再結晶が可能で加工硬化しない層)を意図的にコーティングする場合には、この軟質層が、負荷を担う被コーティング材(母材)に生じた新生面の大気露出を防止し、疲労き裂発生を遅延させる効果をもつことが期待される。これは、従来の材料表面の強度を上げることにより疲労き裂発生を防ごうとする概念とは全く異なった耐疲労性向上のための方策と言える。本研究は、ソフトメタルコート材を試作し、ソフトメタルコーティング効果の実験的検証を行なうことを目的とする。炭素鋼、ステンレス鋼(2種類)、高力アルミニウム合金、純チタン、チタン合金の6種類の金属材料の表面に真空蒸着法を用いてソフトメタルであるインジウムをコーティングした。コーティング後の試料表面について走査型電子顕微鏡観察ならびにX線マイクロアナライザーを用いた組成の定量測定を行なった結果、純チタン材で最も良好なコーティング状態が得られることが明らかとなった。そこで純チタン材のラウンドノッチ付4点まげ疲労試験片を作成し、ノッチ部にインジウムを蒸着してソフトメタルコート材を試作した。ソフトメタルコート材ならびに比較材としてコーティングなしの試験片について応力振幅一定の条件で曲げ疲労試験を行ない、破断までの繰り返し数を求め、得られたS-N曲線を比較検討した。応力振幅が大きく、破断までの繰り返し数が小さい領域では、ソフトメタルコーティングによる疲労寿命の増加は見られなかった。ソフトメタルコーティングの効果が期待できる繰り返し数が10^6回を越える高サイクル領域について現在試験を継続中である。

一般に、金属材料表面に軟質層が存在すると、疲労き裂発生が容易となり、疲労寿命が低下する。しかし、金属材料の表面にソフトなメタル層(延性に富み、使用温度で再結晶が可能で加工硬化しない層)を意図的にコーティングする場合には、この軟質層が、負荷を担う被コーティング材(母材)に生じた新生面の大気露出を防止し、疲労き裂発生を遅延させる効果をもつことが期待される。これは、従来の材料表面の強度を上げることにより疲労き裂発生を防ごうとする概念とは全く異なった耐疲労性向上のための方策と言える。本研究は、ソフトメタルコート材を試作し、ソフトメタルコーティング効果の実験的検証を行なうことを目的とする。炭素鋼、ステンレス鋼(2種類)、高力アルミニウム合金、純チタン、チタン合金の6種類の金属材料の表面に真空蒸着法を用いてソフトメタルであるインジウムをコーティングした。コーティング後の試料表面について走査型電子顕微鏡観察ならびにX線マイクロアナライザーを用いた組成の定量測定を行なった結果、純チタン材で最も良好なコーティング状態が得られることが明らかとなった。そこで純チタン材のラウンドノッチ付4点まげ疲労試験片を作成し、ノッチ部にインジウムを蒸着してソフトメタルコート材を試作した。ソフトメタルコート材ならびに比較材としてコーティングなしの試験片について応力振幅一定の条件で曲げ疲労試験を行ない、破断までの繰り返し数を求め、得られたS-N曲線を比較検討した。応力振幅が大きく、破断までの繰り返し数が小さい領域では、ソフトメタルコーティングによる疲労寿命の増加は見られなかった。ソフトメタルコーティングの効果が期待できる繰り返し数が10^6回を越える高サイクル領域について現在試験を継続中である。