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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

聚焦离子束热喷涂板周围微应力分布测量技术的开发

基本信息

批准号：
17760589
负责人：
渡邊誠
金额：
$ 2.18万
依托单位：
National Institute for Materials Science
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

项目摘要

【背景と目的】近年、大きな注目を集めているウォームスプレーやコールドスプレーといった新しいコーティング手法では、粒子を溶融させることなく固相のまま基材へ衝突させ、皮膜を形成する。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、基材へ導入される塑性変形や残留応力が、皮膜の基材との密着および皮膜内の粒子同士の密着を支配している。さらに、この密着の程度が皮膜の諸特性や寿命に直接結びついている。したがって、微小な単一粒子の衝突を実験的に定量評価し、プロセスパラメータと相関づけることが望まれている。本研究ではそのための手法を開発することを目的としている。【研究方法】二年間の研究を通じ、(1)電子線モアレ法を適用するための基材(炭素鋼、銅)表面への、電子線リソグラフィーによる微小な金グリッド作製法の最適化、(2)固相粒子の衝突による粒子および基材の変形過程および最終的に導入される応力場・ひずみ場の有限要素法を用いた解析、(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スプレーシステムの構築、(4)さらに単一の溶射粒子を実際に基材へ衝突させ、電子線によるモアレ縞の変形から微小粒子衝突に伴う塑性ひずみ場の測定を行った。(5)また、集束イオンビーム(FIB)技術を用いたスプラットの断面観察およびスリットの導入とそれに伴うひずみ場変化の測定を行った。【本年度得られた知見】上記のアプローチにより、速度500〜1000m/sという超音速にて飛行する大きさ50μm程度の粒子が基材へ衝突することにより生じる変形場を定量的に測定することに世界で初めて成功した。また、数値解析から予測可能となった変形場と良い一致が認められ、そのひずみサイズは、材料の組み合わせに依存して数%〜20%程度であった。この変形量と粒子の密着数の間には相関が認められ、固相粒子の密着のクライテリオンを評価する有効な手法となりうることが認められた。

[Background] In recent years, a large number of attention has been paid to the formation of new technologies such as particle fusion and film formation. In this case, the particle collision, motion, heat generation, transformation, plastic deformation, residual force, adhesion of the substrate and adhesion of the particles in the film are controlled. In addition, the degree of adhesion and the characteristics of the film and the life of the film are directly connected. A quantitative evaluation of the collision between small particles and small particles is expected. This study is aimed at exploring ways to improve the quality of the products. [Methods] Two years of research,(1) electron beam scattering method applied to the surface of the substrate (carbon steel, copper), electron beam scattering method optimization of the micro-metal particle scattering method,(2) solid particle collision, particle transformation process and final introduction of the particle field finite element method analysis,(3) The construction of the system for the collision of a weak particle with a diameter of 50μ m and a square field with a diameter of about 500μm;(4) The measurement of the collision of a small particle with a plastic field in the presence of a single dissolved particle. (5)The application of FIB technology in the field of cross-section observation and introduction of FIB technology in the field of measurement [This year's knowledge] Note that the particles flying at supersonic speeds of 500 ~ 1000m/s collide with the substrate. For example, the number analysis method can predict the probability of occurrence of a change in the shape of a material, and the combination of materials depends on the number of %~ 20%. The density of particles in the solid phase can be evaluated by different methods.