2016 Fiscal Year Research-status Report
鉛フリーはんだの大量生産に向けた共軸二重円筒回転粘度計による粘度測定に関する研究
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16K06812
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
西 剛史 茨城大学, 工学部, 准教授 (70518331)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
太田 弘道 茨城大学, 工学部, 教授 (70168946)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 鉛フリーはんだ / 共軸二重円筒形回転粘度計 / 粘度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶融金属を取り扱う加工プロセスにおいて、流動性の基礎物性である粘度を知ることは流動特性を検討する上で必要不可欠である。しかし、鉛フリーはんだの粘度データに関しても、粘度測定で用いている容器回転振動法が容易ではないという理由から、信頼性のある実験データは殆ど存在しない状況であった。また、代替的手法を考えるにしても、鉛フリーはんだのような化学的に活性かつ低粘度という性質を有するものを対象とする場合は測定手法がかなり限定されてしまうという問題点があった。このような問題点を解決するため、共軸二重円筒回転粘度計を還元雰囲気にしたグローブボックス内に設置することにより、簡便に粘度測定が行える環境システムを構築した。このシステムを用いてAr+4％H2ガスフロー状態にして酸素濃度計が 10 ppm 以下になったのを確認した後、溶融はんだの粘度を 523 K から約 553 K までの温度範囲にわたって測定した。なお、スピンドルはアルミニウム製のものを使用し、測定中に生じる浮力はスピンドルにオーステナイト系ステンレス鋼製のおもりを付加することで対応した。これまで、従来のはんだとして使用されているSn-37mass％Pb合金と鉛フリーはんだとして使用されているSn-0.7mass％Cu合金の測定を行っている。溶融Sn-37mass％Pb合金の粘度では、今回の実測値と文献値ではどちらの測定結果も同じような温度依存性が得られ、実測値が文献値よりも10％程度高い値を示すことが明らかとなった。一方、Sn-0.7mass％Cu合金の粘度では、実測値が文献値に比べ最大で40％程度高い値を示した。40％程度高い値を示す原因について明確な原因は不明であるが、合金中の溶存酸素で構成される酸化被膜が粘度の値を大きくしたのではと推測される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の目標として掲げた粘度計システムの開発においては、共軸二重円筒回転粘度計を還元雰囲気にしたグローブボックス内に設置することにより、簡便に粘度測定が行える環境システムを構築することで概ね達成した。その結果、従来のはんだであるSn-37mass％Pb合金の粘度に関しては文献値と同じような傾向が見られたが、Sn-0.7mass％Cu合金の粘度では、実測値が文献値に比べ最大で40％程度高い値を示した。但し、測定精度は2回の測定により±3%の範囲内にあることから目標には到達している。当初はAr+4％H2ガスフローの環境下で測定することにより、溶融はんだに形成される酸化被膜を除去することを目的としたが、Snの還元温度が高いことから、その影響が物性値に反映した可能性があると推測している。このため、酸化被膜が粘度に与える影響の定量的評価など検討する課題が新たに生じている状況ではある。
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| Strategy for Future Research Activity |
実際に製品化されているSn-0.3wt.%Ag-0.5wt.%Cu、Sn-1.0wt.%Ag-0.5wt.%Cu、Sn-3.0wt.%Ag-0.5wt.%Cu、およびSn-4.0wt.%Ag-0.5wt.%Cu はんだを基本組成としてAg 成分に着目した系統的な粘度測定を行う。また、温度依存性も明確にし、取得した実測データを基に、溶融温度をパラメータとした粘度評価式を作成する。さらに、各温度における粘度のAg依存性を示す粘度評価式と合体させて温度とAgぼ成分量の2つをパラメータとして粘度評価式についても検討する。
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