2019 Fiscal Year Research-status Report
無電解めっき法によるインバーFe-Ni合金の成膜プロセッシングと内部歪の制御
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19K15330
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| Research Institution | Kyoto Municipal Institute of Industrial Technology and Culture |
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Principal Investigator |
山本 貴代 地方独立行政法人京都市産業技術研究所, 京都市産業技術研究所, 主席研究員 (60745206)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 熱膨張制御 / 無電解めっき / インバー合金 / Fe-Ni |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄－ニッケル（Fe-Ni）合金は、合金組成の調整によりその線膨張係数が1～13 ppm/ Kの範囲で制御可能である実用合金としてユニークな特性をもつ。これまで、この“熱膨張制御”Fe-Ni合金の中でも、低熱膨張（インバー）特性を示す合金について、低温プロセスである無電解めっき法を用いた新たなプロセッシングの開発に取り組んでいる。インバー特性が発現するFe-30～50wt%Ni域のFe-Ni合金の無電解めっき析出において、その成膜プロセスの制御が困難なため産業利用への障壁が残されているが、それらの成膜過程を明らかにする研究はほとんどなされていない。本研究では、この新たなプロセッシングに関して、インバー合金の析出反応プロセスおよび無電解インバー合金めっき薄膜の内部歪発生および加熱時の熱応力挙動について明らかにする。
今年度は、インバーFe-Ni-B（ホウ素）合金の無電解めっき析出反応に及ぼすめっき液成分の影響を調査した。クエン酸を主錯化剤として使用し、さらにアルカリ側で緩衝能を有するピロリン酸を錯化剤として併用した場合、ピロリン酸がNi2+の活量を低下させ、所望のインバー組成域の高Fe含有量Fe-Ni-B膜を析出させることが判明した。電気化学的な考察を行い、膜中のFe含有率の増大に伴って、還元剤の酸化反応速度が減少し、析出速度が低下することが示唆された。
また、本成膜プロセスは、エレクトロニクス実装において課題であった温度変化による信頼性低下を解決し得ることが期待される。そこで本プロセスによる無電解インバー合金膜が各種デバイスに及ぼす機械的な影響を検証するため、膜の成膜時における内部歪や、デバイスの高温使用時（約３００℃）を想定した膜の熱応力挙動について評価した。膜の成膜応力や熱応力挙動は、組織や結晶構造、自身の格子振動による伸縮に由来する熱膨張係数に関連していることが示唆された。
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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
めっき条件検討および電気化学的評価の結果から、速度論的特性および熱力学的特性を解析することで、無電解Fe-Ni-B合金めっき膜のFe/Ni合金比率を任意に制御できた。また、無電解Fe-Ni-B合金めっき膜の成膜時における内部歪や熱応力挙動についても評価を行った。これらの成果については、ECS Transactionsへ掲載し、順調に研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度は、当初の予定通り、無電解Fe-Ni-B合金めっき膜に及ぼす液成分の影響、成膜時の内部歪、および熱応力挙動についてさらに詳細な調査を行う。具体的には、本年度実施した成膜過程の電気化学的な考察結果から、めっき析出速度の向上の検討を試みる。さらに、成膜時における内部歪および加熱時の熱応力変化に関しては、TEM等を用いた金属組織学的な評価により、膜応力と組織・結晶構造との相関についてより詳細な考察を行う。
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Research Products
(2 results)
