ナノ多層膜を用いた表面コーティングによる疲労き裂核形成の抑制

纳米多层膜表面涂层抑制疲劳裂纹形核

• 批准号: 14750578
• 负责人: 兼子 佳久
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Osaka City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14750578/
• 关键词: ナノ構造材料; 多層膜; 電気めっき; 機械的特性; めっき; ナノ構造; 銅; ニッケル; 硬度

銅多結晶基盤上にNi/Cuナノ多層膜を電気めっき法により作製し,その硬度や変形・破壊特性を調査した.NiとCuはイオン化傾向が大きく異なるので,それらのイオンを含む電解液中で基盤にカソード電位を与えると,電位に依存して析出する金属が異なることをEDS分析でまず確認した.2種類の電位を交互に矩形波的に与えることにより,Ni層とCu層からなる多層膜を形成することができた.矩形波の時間幅を短くすることにより,個々の層厚さをナノメーターレベルに減少させることができた.まず,NiとCu層の厚さの比率を1:1に固定し個々の層厚さを変化させた多層膜を用いてビッカース硬さ試験をおこなった.層厚さを減少させていくとHall-Petchの法則にしたがい硬度が増加した.層厚さが10nmでは基盤の硬度の約3倍になった.さらに層厚さを減少させると急激に硬度は減少することが判明した.次に個々の層間隔は5nm,20nmおよび100nmの3種類のナノ多層膜を銅基盤にコーティングしたものを基盤ごと引張変形させた.基盤の塑性ひずみが約3%以下ではどの多層膜にもすべり変形や破壊は認められなかった.塑性ひずみが約6%以上になると,層間隔に依存して挙動が変化した.20nmと100nmの多層膜にはき裂が形成されたがすべり変形はほとんど見られなかった.しかし5nmの多層膜にはき裂は形成されず,かわりに基盤から伝達したすべり線が多く観察された.硬さ試験や引張試験の結果,10nm程度までの層厚さの多層膜は強度が非常に高いことが判明したが,それ以下の層厚さの多層膜では急激に強度低下してしまった.よって,10〜20nm程度のナノ多層膜をコーティングすることによって疲労や摩耗特性の増加が期待できる.

Ni/Cu multilayer films on copper polycrystalline substrates were prepared by electrical method and their hardness, shape and fracture characteristics were investigated.Ni/Cu multilayer films were characterized by a large variation in the tendency of Ni/Cu to crystallize. EDS analysis confirmed the variation in the potential of Ni/Cu multilayer films on copper polycrystalline substrates. Ni layer and Cu layer are formed as multilayer films. The time amplitude of the rectangular wave is short, the thickness of the layer is thin, and the time amplitude of the rectangular wave is short. The ratio of Ni to Cu layer thickness is 1:1, and the thickness of each layer is fixed. The layer thickness decreases and the hardness increases according to Hall-Petch rule. The thickness of the layer is 10nm and the hardness of the substrate is about 3 times that of the substrate. The thickness of the layer decreases, and the hardness decreases due to stress. The next layer spacing is 5nm,20nm and 100nm. The plasticity of the substrate is about 3% or less, and the multilayer film is formed into a thin film. Plasticity is about 6% or more, and the layer spacing depends on the thickness of the multilayer film. 20 nm and 100nm. The 5nm multilayer film is cracked and formed, and the substrate is cracked and formed. As a result of the hardness test and tension test, the multilayer film with the thickness of about 10nm has a very high intensity, and it is found that the multilayer film with the thickness of less than 10 nm has a low intensity. However, with the rapid development of high-performance multilayer films of 10 ~ 20nm, it is expected that the fatigue and friction characteristics will be improved.