2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K06864
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
福室 直樹 兵庫県立大学, 工学研究科, 准教授 (10347528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八重 真治 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (00239716)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | めっき / 水素 / 空孔 / 拡散 / 昇温脱離スペクトル / 透過電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では研究期間内に、(1)水素共析と水素誘起現象の機構解明、(2)パラジウムめっき膜中の水素の存在状態とはんだ接合への影響、(3)鉄‐炭素合金電析膜をモデル試料とした水素脆化の機構解明の三項目について主に検討する。
平成29年度は、項目(1)でPtおよびPdめっきについて、析出電位と膜中の共析水素量との関係を調べた。Ptめっきについては析出電位によって水素の吸着状態が変化し、それによって共析水素量が影響されることが分かった。Pdめっきについては共析水素量のばらつきが大きく、析出電位との間に明瞭な関係が見られなかった。高圧下で電析したNi膜は常圧よりも共析水素量が増加した。この現象を電気化学測定によって解析するため、高圧下で安定な参照電極を備えた三電極セルを作製した。
項目(2)では、無電解PdおよびPd-P合金めっき膜中の水素の存在状態を調べた。水素熱脱離スペクトルから、結晶質のPd膜では低温側で空孔-水素クラスターの分解、高温側で粒成長に伴うボイドからの水素の脱離が観察された。アモルファスのPd-P合金膜では低温側でランダムに配列したPdとPの原子間にトラップされた水素の脱離、高温側で結晶化に伴う急激な水素の脱離が観察された。はんだ接合後の無電解Ni/Pd/Auめっきの構造解析を行って、はんだ中の微量の銅の有無によって接合界面に形成される金属間化合物の構造が大きく異なることを明らかにした。
項目(3)では、表面にクラックがほとんど存在せず、平滑で均一な膜厚の純Fe膜が得られる電析条件を見つけ、銅箔および鉄箔の両側に純Fe膜を電析して引張試験片を作製した。純Fe膜の水素濃度は原子比でH/Fe = 0.02～0.03であった。引張試験の結果はばらついていたが、高水素濃度の試料ではヤング率の低下が見られたため、水素による固溶軟化現象と考えられた。
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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
項目(1)については、PtとPdめっきの析出電位と水素の吸着状態、および膜中の共析水素量との関係を計画通りに調べることができ、めっき膜の水素共析についていくつかの新たな知見を得ることができた。高圧下でのNi電析については、膜の構造と水素共析に及ぼす圧力の影響を予定よりも早く調べることができたため、三電極を有する高圧セルを作製した。高圧セルの作製と改良に予想以上の費用がかかったため、低温および高温TDS測定については高温管状炉等の設備を用意することができず実施しなかった。
項目(2)については、結晶質のPd膜とアモルファスのPd-P合金膜で水素の存在状態が異なることを明らかにするとともに、無電解Ni/Pd/Auめっきとしてはんだ接合と熱処理を行った後の界面の構造解析と接合強度の評価を計画通りに実施した。
項目(3)については、表面にクラックがほとんど存在しない純Fe電析膜の引張試験片を作製することができ、水素濃度の異なる試料について引張試験と破面観察を行って水素脆化を評価することができたが、低温TDS測定は上記の理由で実施することができなかった。
以上のことから、本研究は計画通りにおおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度は、項目(1)で引き続きPtおよびPdめっきについて浴組成と電析条件を系統的に変化させてEQCM測定とTDS測定を行って水素共析の機構を解析する。Ptめっきについては、GDOESによる膜厚方向の水素分析と断面TEM観察を行って膜中の水素の存在位置を明らかにする。Pdめっきについては、膜中の水素濃度のばらつきの原因を調べるとともにデータを蓄積して行き、電解チャージによって形成される水素化物PdHxと水素の存在状態の違いを調べる。高圧下のNi電析については、三電極セルを用いて電気化学測定を行い、圧力が水素発生とNi析出の電位に及ぼす影響を調べる。低温測定ユニットと高温管状炉を用意して低温および高温TDS測定を行い、各金属について水素の存在状態を詳細に解析する。
項目(2)については、無電解PdおよびPd-P合金めっきの析出条件を変化させるよりも、無電解Ni/Pd/Auめっきの積層構造にすることによって共析水素量が桁違いに増加することが判明したため、Au膜の水素のキャップ効果について主に解析する。その上で無電解Ni/Pd/Auめっきへのはんだ接合に及ぼす水素の影響を調べる。
項目(3)については、引き続き水素濃度を変化させた純Fe電析膜の引張試験を行うとともに、アスコルビン酸を炭素源として用いたFe-C合金めっきで平滑な表面を有する引張試験片が得られる条件を検討する。Fe-C合金膜の炭素濃度と水素濃度を変化させた試料について引張試験を行って水素脆化を評価する。低温TDS測定により拡散性水素の存在状態を解析する。
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| Causes of Carryover |
（理由）高圧下で電析を行うためのセルの改良と作製に予想以上の費用がかかり、設備備品費からも費用を支出したため、備品として購入する予定であった卓上型高温管状真空雰囲気炉を購入することができなかった。そのため、次年度使用額が生じた。
（使用計画）平成30年度に卓上型高温管状真空雰囲気炉を購入する。
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