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極低温疲労グループ
Cryogenic Fatigue Group

メンバー

研究概要

極低温疲労グループでは、(1) ロケットエンジン・水素サプライチェーンを念頭に、チタン合金・ニッケル合金・ステンレス鋼を主な対象として、極低温環境における疲労き裂進展挙動およびき裂開閉口挙動と、それらの温度依存性を解明する。また、(2) 液化水素もしくは極低温水素ガスの特殊環境を意識した幅広い温度範囲において、疲労特性および疲労き裂進展特性に及ぼす水素の影響を、そのメカニズムとともに解明する。それにより、液化水素関連機器やロケットエンジンの開発・設計に資するデータを産業界に提供し、カーボンニュートラルの実現に貢献する。さらに、(3) 資源循環に寄与する機械構造用部品 (歯車、ばね、溶接継手部材) の再生利用 (リマニュファクチャリング) ・信頼性評価法を開発する。

極低温環境における純ニッケルの水素脆化挙動

ニッケル合金は、その優れた耐熱性や耐食性などから、高温環境や腐食環境において幅広く活用されています。また、析出強化により強度を高めた合金種が存在し、さらに極低温環境での特性も良好であることから、ニッケル合金の適用範囲は今後さらに広がることが期待されます。一方、ニッケル合金の多くは水素と触れることで特性が悪化 (水素脆化) することが知られており、水素環境での使用例はごく一部に限られている状況です。私の研究では、純ニッケルや銅ーニッケル二元合金をはじめとした単純なニッケル系モデル金属において、水素により機械的特性が悪化する要因および水素脆化挙動を左右する因子を解明することを目標としています。本研究を通して、水素に強いニッケル合金を開発することを目指しており、それにより来る水素社会において水素利用機器を開発・設計する際に材料選択の幅を広げることが可能となります。

異種金属材料接合による熱電発電機能の高性能化を目指した接合プロセスの開発
熱電発電の原理となるゼーベック効果はあらゆる異種材料の接合で発現し得るものですが、金属材料はその効果が小さく熱電発電には不向きとされてきました。この弱点を克服するために、本研究では銅とコンスタンタン (55%Cu-45%Ni) を主な対象として大面積の接合継手を拡散接合やレーザー溶接の手法で作成し、熱電発電が可能であることを確認しました。現在はこれらの継手の接合界面の形状や組織の制御を行い、熱電発電機能を向上させることを目指した接合プロセスの開発を進めています。

異種金属材料接合による熱電発電機能の高性能化を目指した接合プロセスの開発
鉄鋼材料中に存在する各種の微量元素は継手の機械的特性に大きな影響を及ぼすことがあります。しかしながら、これらの微量分析はとても困難でした。そこで、本研究ではレーザーアブレーションICP-MSやグレーティング分光器を用いたEPMAなどを用いて微量軽元素の高精度定量分析手法の開発を進めています。

微小球反発試験機の開発
微小球反発試験機は,直径3mmのアルミナ球を試料に衝突させ,衝突速度に対する反発速度の比,つまり反発係数を硬さとして計測します。企業との協力により初めて製品化された後,高い評価を受け,現在はJISの原案作成が進められています。

計装化押し込み試験の信頼性に関する研究
計装化押し込み試験は,試料に圧子を押し込んだ際の試験力と押し込み深さの関係 (押し込み曲線) から,試料の硬さやヤング率を評価します。計装化押し込み試験の信頼性向上のため,押し込み曲線の新しい解析方法(tangent depth法)について外部と協力して研究を進めるとともに,実装プログラムを開発しています。

Outline

We will investigate the fatigue properties of advanced materials under severe environments such as high-temperature, and improve the reliability of the materials for automobile, aircraft, rocket engine and A-USC.