大阪大学はこのほど、同大工学研究科の佐野智一教授らの研究チームがパルス幅が1,000兆分の１秒であるフェムト秒レーザを照射した直後の金属材料内部の衝撃波伝播に伴う、応力・ひずみ・塑性変形の複雑な挙動を把握することに成功したと発表した。

研究チームは、「長寿命材料の創成と構造物の延命を可能とするフェムト秒レーザ衝撃加工法のさらなる高度化や、二律背反の関係にある、強度と靭性を両立させる新規材料の設計に新たな道を切り拓くことが期待できる」と語る。

フェムト秒レーザ衝撃波は、よりパルス幅の長いナノ秒レーザを照射した時に発生するナノ秒レーザ衝撃波や、飛翔体が物質に衝突した時に発生する衝撃波とは異なる特徴を持つ。

物質中に特異な微細構造を作り出したり、金属材料を鍛えて強くして壊れにくくしたりすることなどが、佐野教授らのこれまでの研究で明らかにされている。そのため、フェムト秒レーザ衝撃波の特性は、他の衝撃波の特性とは異なる可能性があると思われてきたという。

しかし、フェムト秒レーザ衝撃波による金属材料の変形は超高速であるため、その変形挙動を正確に捉えることはこれまで困難だった。

そこで、研究チームは、理化学研究所が運用するX線自由電子レーザ（XFEL）施設SACLAにあるXFELを用いて、フェムト秒レーザを照射し衝撃圧縮されて超高速で変形している途中の金属材料の原子の動きを調査。フェムト秒レーザ照射後にXFELを照射するタイミングを何通りも変更し、各タイミングにおけるＸ線回折パターンを取得し、超高速の原子の動きを捉えることに成功した。

フェムト秒レーザ衝撃波によって金属材料が超高速で変化する様子を捉える実験体

【溶接ニュース2023年9月26日号より】

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