GPaオーダの圧力測定を可能にするゲージの開発に関する研究

GPa量级压力测量仪表的开发研究

• 批准号: 17760084
• 负责人: 小野 勇一
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tottori University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760084/
• 关键词: 機械工学; 材料力学; 圧力測定; 電着金属薄膜

まず,メタルプリンタを用いて作製した多数の円錐状圧痕を有するステンレス板を使用して,微小な突起を有するニッケルリン合金薄膜を作製した.すなわち,硫酸ニッケルを主体とし,リン酸とホスホン酸を添加しためっき浴を用いて,圧痕密度の異なる2種類のステンレス基板にニッケルリン合金めっきを施した.めっき終了後,最終電着面には基板の圧痕に沿ってくぼみが残るため,耐水研磨紙によりくぼみがなくなるまで研磨して,最終電着面を平滑面とした.最後にめっき部をステンレス板から剥離して,突起密度の異なる2種類のニッケルリン合金薄膜を作製した.さらに,この薄膜に400℃×1hの加熱処理を施して,析出硬化させた.上述のニッケルリン合金薄膜に材料試験機に取り付けた炭素工具鋼製の圧力負荷治具を用いて種々の静圧を負荷し,突起部の塑性変形量を光学顕微鏡にて観察した.すなわち,突起の底面積Aと突起先端部と治具との真実接触面積Arの比Ar/Aを種々の静圧について計測した.静圧の増加とともに,突起の塑性変形量Ar/Aは大きくなるが,突起密度の高い薄膜では1.5GPa程度の圧力が作用しても突起が完全に塑性変形しない(Ar/A<1)ため,1GPa以上の静圧測定が可能となることが明らかとなった.これは,従来の銅薄膜を用いた方法で測定可能な圧力の最大値(300MPa)よりも格段に高い値である.しかしながら,突起密度の増加とともに静圧の変化に対する塑性変形量Ar/Aの変化は緩慢となるので,圧力感度は低下する.そこで低圧力の測定には突起密度をなるべく小さくして薄膜の圧力感度を向上させる必要があるといえる.この観点から,静圧の測定レンジに対して適切な突起密度を予測可能な汎用性のある較正式を導いた.さらに,本手法の有効性を検証するため,円柱同士が接触する問題として自作したローラ試験機に作用する圧力を求めてみた.すなわち,ローラ間に上述の突起を有するニッケルリン合金薄膜を挿入し,突起の変形量からローラ間の接触圧力を測定した.これにより得られるローラ間に作用する全荷重は,ロードセルから得られた値とほぼ一致し,本手法の有効性が確認できた.

ま ず, メ タ ル プ リ ン タ を with い て cropping し た most の has drifted back towards &yen; cone 圧 mark を have す る ス テ ン レ ス plate を use し て, tiny な protuberant を have す る ニ ッ ケ ル リ ン alloy film を cropping し た. す な わ ち, sulfate ニ ッ ケ ル を subject と し, リ ン acid と ホ ス ホ ン acid を add し た め っ き bath を with い て, 圧 mark density の different な る 2 kinds の ス テ ン レ ス substrate に ニ ッ ケ ル リ ン alloy め っ き を shi し た. め っ き, after the end of final electricity face in に は substrate の 圧 mark に along っ て く ぼ み が residual る た め, waterproof abrasive paper に よ り く ぼ み が な く な る ま で grinding し て, surface を smooth surface as the final electrical と し た. Finally に め っ き department を ス テ ン レ ス plate か ら stripping し て, protuberant density の different な る 2 kinds の ニ ッ ケ ル リ ン alloy film を cropping し た. さ ら に, こ の film に 400 ℃ by 1 h の heating 処 Richard を shi し て, precipitation hardening さ せ た. The の ニ ッ ケ ル リ ン alloy thin film に material test machine に take り pay け た carbon tool steel の fixture を pressure load with い て kind 々 の static 圧 し を load, lug boss の を optical plastic - shaped quantity 顕 micromirror に て 観 examine し た. す な わ ち, protuberant の bottom area of section A と bumps apex と fixture と の than Ar/A real contact area be Ar の を kind 々 の static 圧 に つ い Youdaoplaceholder0 measures た. Static 圧 の raised plus と と も に, protuberant の は Ar/A large amount of plastic - shaped き く な る が, raised high density の い film で は degree of 1.5 GPa の pressure が role し て も protuberant が に plastic - shaped completely し な い (Ar/A < 1) た め, above 1 GPa の 圧 determining が may と な る こ と が Ming ら か と な っ た. こ れ は, 従 の copper thin film を with い た で measure may な pressure の numerical (300 mpa) the largest よ り も lattice period of high に い numerical で あ る. し か し な が ら, protuberant density の raised plus と と も に static 圧 の variations change に す seaborne る plastic - shaped quantity Ar/A の variations change slow は と な る の で, pressure sensitivity low は す る. そ こ で low pressure determination of の に は protuberant density を な る べ く small さ く し て film の を upward pressure sensitivity さ せ る necessary が あ る と い え る. こ の 観 point か ら, static 圧 の determination レ ン ジ に し seaborne て appropriate な protuberant density を be sex な domestic の あ る more formal を guide い た. さ ら に, this technique の have sharper sex を 検 card す る た め, column has drifted back towards &yen; contact with James が す る problem と し て made し た ロ ー ラ test machine に role す る 圧 Force を o め て み た. す な わ ち, ロ ー ラ に between above の swelled を す る ニ ッ ケ ル リ ン alloy film を scions into し, protuberant の amount - shaped か ら ロ ー ラ の contact pressure between を determination し た. こ れ に よ り have ら れ る ロ ー に effect between ラ す る full load は, ロ ー ド セ ル か ら must ら れ た numerical と ほ ぼ し, this technique の is sharper availability が で き た .

项目成果

円錐状突起を有する電着ニッケルリン合金薄膜を用いた接触圧力測定法

锥形突起电沉积镍磷合金薄膜接触压力测量方法

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本機械学会 中国四国支部 講演論文集 075-1
• 作者: 北岡征一郎;小野勇一;松嶋剛志;橋本祐卓
• 通讯作者: 橋本祐卓

微小突起を有する電着銅薄膜の成長粒子発生密度を利用した繰返し圧力計測法

利用微凸体电解铜薄膜中生长粒子密度的重复压力测量方法

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会講演論文集 65.1
• 作者: 北岡征一郎;小野勇一;長谷川達也;甲田昌寛;山根正次
• 通讯作者: 山根正次

円錐状突起を有するニッケル・リン合金薄膜を用いた繰返し圧力測定法

具有圆锥形突起的镍磷合金薄膜的重复压力测量方法

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会 中国四国支部・九州支部合同企画鳥取講演会 講演論文集 065-2
• 作者: 北岡征一郎;小野勇一;橋本祐卓;松嶋剛志
• 通讯作者: 松嶋剛志

回転ローラ間に生ずる接触圧力測定への微小突起を有する金属薄膜の適用

微凸金属薄膜在测量旋转滚轮间接触压力中的应用

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会講演論文集 65.1
• 作者: 小野勇一;北岡征一郎;長谷川達也;橋本祐卓;松嶋剛志
• 通讯作者: 松嶋剛志

回転ローラ間に生ずる接触圧力測定への微小突起を有する電着銅薄膜の適用

微小突起电解铜薄膜在旋转辊间接触压力测量中的应用

• 发表时间: 2007
• 期刊: 日本機械学会論文集(A) 73-726
• 作者: 小野勇一;北岡征一郎;長谷川達也;松嶋剛志
• 通讯作者: 松嶋剛志