高電圧-大電流パルス印加による金属表面のアモルファス化

通过施加高电压和大电流脉冲使金属表面非晶化

基本信息

批准号：
17656229
负责人：
橋本敏
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Osaka City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656229/
关键词：
表面処理アモルファス表皮効果高電圧ナノクリスタル

项目摘要

導電体に高周波電流を与えると,表層に電流が局在する現象,いわゆるSkin Effect(表皮効果)があらわれ,大電流パルス法はこれ応用するものである.電流印加の時間幅を極端に短くすれば,表層のみが瞬間的に溶解・凝固してアモルファス化する可能性がある.本研究では次の2項目を目的とした.(1)金属棒材に高電圧な大電流をパルス的に与え,表層のみが溶解・急速凝固するような電圧やパルス時間幅等の条件を見出す.(2)TEM, STM等を用いて表層近傍の結晶構造を分析し,アモルファス相形成の当否を分析する.最適な電流印加条件を得るためにMaxwell方程式および熱伝達方程式を用いて,表面層の溶解・凝固過程をシミュレートした.印加時間幅が10ナノ秒程度では,冷却速度は従来のスピンリングを用いた急冷凝固法に比べて4桁も大きな10^<9〜12>K/secに達することがシミュレーションにより得られ,表面層のアモルファス化は十分可能であると結論された.実験による検証として,ロシアのサロフ市にあるResearch Institute of Experimental Physicsのパルス発生装置を用いてオーステナイト系ステンレス鋼の表面アモルファス化を試みた.SEM観察の結果表面層が溶解・凝固した痕跡を見出した.続いて,試験片の表面層と内部のTEM観察を行った結果,表面層5ミクロンの領域にはアモルファス特有の電子線回折環が,そして5〜20ミクロンにはアモルファス母相中に出現した結晶核を示唆する回折環が観察された.また印加電圧が低い場合表層部には長微細な双晶が多数観察され,その双晶の幅は10ナノメートル程度であった.以上のことから,表皮効果による金属表面のアモルファス化のシミュレーションの有効性と表面のアモルファス層やナノクリスタル化が「新しい」表面処理の手法として現実性を持つことが明らかとなった.

当将高频电流应用于导体时，这种现象将电流定位在表面层上时，所谓的皮肤效应（皮肤效应）就是这种方法的应用。如果当前应用的时间宽度非常缩短，则只有表面层才能立即溶解和凝固并变得无定形。这项研究的目的是以下两个项目：（1）将高压电流应用于脉冲中的金属棒材料，以及电压，脉冲时间宽度等，例如电压，其中只有表面层溶解并迅速凝固。（2）TEM，使用STM等分析表面层附近的晶体结构，以分析非晶相形成的正确性或失败。为了获得最佳电流施用条件，模拟了表面层的溶解和凝固过程。随着施用时间宽度约为10纳秒，冷却速率达到10^<9至12> k/sec，这比使用自旋环的常规快速固化方法大四个数量级，并且得出结论，表面层的无定形形成就足够了。进行了实验验证，位于俄罗斯萨罗夫的实验研究所。我们尝试使用物理学的脉冲发生器将表面转换为奥斯丁质不锈钢。 SEM观察结果揭示了表面层溶解和固化的痕迹。接下来，对表面层和样品内部的TEM观察表明，在5微米的表面层的区域中观察到一个电子衍射环，并且在5-20微米处观察到出现在无定形基质相中的晶体核的衍射环。此外，当施加的电压低时，在表面层中观察到许多长和细双胞胎，这些双胞胎的宽度约为10纳米。从上面可以揭示出由于皮肤效应而导致的无定形金属表面的仿真有效性，并且在表面上的无定形层和纳米晶体化是一种现实，是一种“新”的表面处理方法。