コールドスプレーにおけるマルチパーティクル衝突の堆積および結合メカニズム：分子動力学シミュレーション

科学分野:

• 材料科学
• 表面工学
• 計算物理学

背景:

• コールドスプレーは、粒子が高速で基材に衝突するコーティングプロセスです。
• 粒子変形と結合の理解は、コーティング品質にとって重要です。
• コールドスプレー中のナノスケール現象の実験的調査は困難です。

研究 の 目的:

• コールドスプレーにおける逐次衝突中の粒子の変形と構造進化を調査すること。
• これらの現象に対する粒子速度の影響を分析すること。
• 原子スケールでの結合と材料改変のメカニズムを解明すること。

主な方法:

• 分子動力学（MD）シミュレーションを用いたマルチパーティクル衝突モデルの開発。
• チタン（Ti）粒子の堆積シミュレーション。
• 原子スケールでの変形、混合、応力進化、構造変換の分析。

主要な成果:

• 逐次的な衝突は、最下層の粒子と基材に連続的な変形を誘発します。
• 堆積層と基材の間で、かなりの原子間混合が発生します。
• 繰り返される衝突は応力蓄積につながり、結晶の非晶質化と転位生成を駆動します。
• より高い粒子速度は非晶質化を加速します。
• 連続する衝突の効果は、4層目以降で減衰します。

結論:

• 連続する粒子衝突は、持続的な応力伝達を通じて、コールドスプレーにおける変形と結合を強化します。
• MDシミュレーションは、コールドスプレー堆積を支配する原子スケールメカニズムに関する重要な洞察を提供します。
• この発見は、変形困難な金属のコールドスプレープロセスを理解し最適化するために価値があります。