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溶射 皮膜 の基 本単位 ( スプ ラ ッ ト)

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S E M に よる溶射ス プラ ッ トの三次元構造解析結果

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電子 の 二 段 階移 動 モ デル

Coating
P―Nジ ャンクシ ョン形成モデルによるマイク ロ電池の生成の解明

地球規模 での環境悪化 に伴 い、
従来型 の化学 工 業技術か ら環境 に優 しいク リー ンな化学工 業技術 ロ
プ 回セスヘ の見直 しが大 きな課題になつている。中でもク リー ンで無尽 蔵な太陽光 エ ネルギー の利用 を視野 に入れた光触 媒 の 開発 とそれ による光触 媒反応は 「環境調和型触媒」 の最 も有力な候補 であ り、T i 0 2 光触媒 が注 目され ている。スマー トコー テ ィ ング プ ロセス 学分野 では溶射法 を用 いて光し、提案 した電子の二段階移動 モ デル及び P N ジ ャ
高機能複合 T i 0 2 F e T i 0 3触媒皮膜の作製に成功
ンクシ ョン形成 モ デルな どによ り高活性複合 T 1 0 2 光
触媒皮膜の メカニズムの解明が進んで いる。

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減柏■テイ・ング

本研 究 分野 では 循環 型社 会 における重要な課題 : 環 境 ロエネルギ ー 問題を解 決 するため 、 先進 コー ティングプ
ロセスを用 いて材 料 界 面 を高 精 度 制 御 し、 ナ ノ , マ イクロ高機 能 環 境 材 料 の 創 製 、 低 環 境 負荷 コー ティングプロ
セス、 知 的表 面改 質 プ ロセスの 設計 コ開発 に関する研 究を推進 する。

セ ラ ミ ッ ク ス 溶 射 皮 膜 の マ イ ク ロ構 造
右 図に示したように電気鋼め っきをセラミックス溶射皮膜に適用し、皮膜 中の気子と、 き裂 、 粒子間未結合部などの空隙 中へ の 鋼の充填特性を明らかにした上で、 セラミックス溶射皮膜の構造に対して、 新たにスプラット平均厚さ、 粒子 内垂直き裂密度 、 粒子間平均結合率と皮膜 貫通 気孔率を構造 パ ラメー タなどによる皮膜 の 構造を定量 的に評価できることが明らかにされた。

Mn金 属 融 体 の 浸 透 処 理 に お け る ―Zro2皮 膜 の 七 変 化
1573Kの保持温度で保持時間を 03〜10 8ksの範囲で変化させて Mn浸 透処理した Zro2皮膜 (b〜つとZr02溶射皮膜 (a)の断面組織の典型例を下図に示す。 これらの皮膜組織 の変化から、皮膜のち密化は (a)〜(c)に示した皮膜粒子 の微細化と小さなち密領域形成の初期段階、 (c)〜(e)に示した皮膜粒子の球形化(0に示した球形粒子同士の粒界成長と合体の終期段階からなることが分かる。
転換 の 中期段階及び (e)〜多孔質 Zro2皮膜はち密な焼結体 Zro2に変化する。

プ ラ ステ ッ クの 高機 能 表 面 改 質
プラスチック材 料 は、 金 属 材 料 に比較 して軽 量 であり、 優 れ た耐 食性 を有する。 プラステック表 面 に 高プラスチックを基 材 とし、機能 性を付与 し、新 しい材 料 として再 利用するための 一 手段 として、P E T 、生 分解1 生溶射 法を用 いた 表面改 質法 によるプラステック表 面 の導 電性 、 耐摩耗性 、 耐 熱性 、 光触 媒 特 性 及 び生 体活性などの付 与を確 立 している。

( a ) 導電性 の付 与 の 一 例=(b)耐 摩耗性の付与の 一例(c)生 体活性 の付与の 一 例

1日 溶 射 技 術
溶射技術は表面改質の一つであり、粉末状、線状又は棒状の国体にガスの燃焼、アーク或はプラズマジェット、レーザビームなどの何らかの方法で熱を与え、 溶融し液体微粒子にして、 又は超高速ガスを用いて加速し運動エネルギーを有効に与え素地表面に溶射粒子を高速に吹き付けて、 皮膜を形成する技術である。 溶射法はフレーム溶射、 爆発溶射、 アーク溶射、 プラズマ溶射、 線爆溶射、 コルード溶射などがある。
ー ド溶 射2. コ ル ロ
コルー ド溶射 (Cold gas dynamic sprayの略)と は溶射材 料 の融点または軟化温度より低 い温 度に加熱 (300〜 500℃程度)し たガスを先細末広ノズルにより超音速流にして,そ の流れの中に溶射粒子を投入にて加速させ,回相状態のまま基材に超高速で衝突させて皮膜を形成する技術である。 その方法の特徴は酸化、 熱変質がほとんど少ない、ち密で密着力が高い 、 溶射効率が高い、 厚膜の作製が可能である。

3ロ スプラット (Splat)
溶射皮膜 は扁平粒子が 積み 上 げて出来た積層構造である。 スプラット ( S p l a t ) は基材表面に凝 回した扁平粒子であり、 溶射皮膜の積層構造の基本単位とも言える。

4コ TBC溶 射 皮 膜TBC(Thermal batter coaungs)溶
射皮膜は熱遮蔽皮膜であり、 ガスタービンやジェッ トエンジンなどの断熱部材として多く利用されている。TBC皮 膜 の溶射材料としてプラズマ溶射 Zro2 8%Y203皮膜 が主として採用されている。 セラミックス溶射皮膜 の 多孔質性が断熱材として利用されている。
5口 生 分 解 性 プ ラス チ ック
ISOによれ ば生分解性プラスチックは 「バクテリア、 カビ及び藻類など自然 の微生物により低分子量化合物に分解するプラスチック」と定義されている。 生分解プラステックは一次的生分解と究極 生分解 の二段階の過程を経て低分子量化合物に分解される。 溶射技術により、 生分解性プラスチック表面に高機能性が付与され、 複合材料として表面改質が有効手段として利用される。
6コ 光触 媒
光触媒と言われる物質はある反応系に存在させて光聴射すると、 その反応 系が進行するようになつたり、 反応速度が上昇したりする触媒である。 代表的な光触媒は二酸化チタンである。 アナターゼ型二酸化チタンに一定波長以上のエネルギーの光が当たると、その表面から電子が励起される。 このとき、電子が抜け出た穴は正孔 (ホール)と呼ばれており、プラスの電荷を帯びている。 正孔は強い酸化力をもち、水中にある OH(水酸化物イオン)などから電子を奪う。 このとき、 電子を奪われた OHは 非常 に不安定な高活性状態の OHラ ジカルになる。 OHラジカルは強力な酸化力を持つために近くの有機物から電子を奪い、自 分 自身が安定になろうとする。 このようにして電子を奪われた有機物は結合を切られ、最終的には二酸化炭素や水などの小分子になり大気中に発散する。

7 ロ ガス トンネル型プラズマ溶射
特殊な高速渦流の 中に発 生させた高温 日高 エネルギー のプラズマジェットを用 いた軸供給型のプラズ マ溶射方法で、 大阪大学で独 自に開発された技術である。

第 2回 スマートプロセス研究センターシンポジウム
日時 :平 成 17年 6月 8日 (水)場所 :荒 田記念館
スケジュー ル案 :1)ス マー トプロセス研究 センタープロジェクト報告タイトル :機 能性金属構造体の創製について
2)ス マー トプロセス研 究 センター 各分野研究報告
3)新 設備の開放 (マイクロ光造形装置 /テ ラヘルツ分光システム、 超高温 in―sLu観 察システム 、ーー
フェム ト秒 レ ザ加 エシステム、 ナノインデンテ ションシステム)4)懇 親会

Smart Procesttng of Matettals and ther Applicatbns」
第 1回 日タイ国際シンポジウム 「
開催報告
平成 16年度 の 国際行事 として、日 タイシンポジウムが、昨年 12月20日にバンコクのチュラル ンコン大学 にて開催 され た。 会議 の主題 はスマ ー トプロセスとその応 用であり、双方より8件 の 回頭発 表、 並びに 7件 のポスター発 表 が行われた。 開催 に先立ち、 チュラル ンコン大 学の副学長、工 学部長、 並びに当センター長 の宮本教 授 らより挨拶 が行
われ 、 本シンポジウムが両 国 の 更なる国際共 同研究 に発展する旨の期待が述 べ られた。 シンポジウムの本センター
か らの参加者 は 11名 であり、 それぞれ の発 表 に対 して、専 門的な立場から、 活発な議論が行われた。 なお、 関連
行事 として、 21日には 、 本シンポジウムに共催頂 いた独立行政法人の研究所 (NSTDA)の 見学などが 行われた。

西川 宏( ス マー トグ リー ンプ ロセス学分野)

Lead―F r e e S o l d e r A w a r d 2 0 0 4 ( S o lodbearじt平ec』
成1 7 年 1 月
研究発表優秀賞 ( ( 社) 軽 金属学会関西支部) 平

成 1 7 年 1 月7 日

昇進 平 成 1 7 年 1 月 1 日 ナ ノ ・マイク ロ構造制御 プロセス学分野 助 教授 桐 原聡秀
着任 平 成 1 7 年 1 月 1 日 ス マー トグ リー ンプ ロセス学分野 助 手 西 川 宏