2014 Fiscal Year Annual Research Report
異種金属の接合強度発現機構の解明と新接合プロセスへの展開
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26249099
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小関 敏彦 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70361532)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 固相接合 / 異種金属接合 / 界面 / 活性界面接合 / 熱活性化過程 / 界面強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は接合機構検討のため、まず鋼－鋼の組み合わせを用い、固相接合強度に及ぼす温度、圧力、接合界面の性状、圧下後の保持時間の影響を調査すると共に、時間ごとの界面組織および界面上の空隙の変化、破断面の変化を調査した。その結果、界面強度の上昇は2段階からなり、初期に比較的速く短時間で上昇する第一段階、その後に比較的緩やかに上昇する第二段階からなることを明らかにし、いずれの過程も熱活性化過程であることがわかった。第二段階では界面の初期空隙の球状化が認められ、従来から言われる拡散による空隙の球状化と減少に伴う接合面積の増加、それによる界面強度上昇であることが示唆されたが、他方、第一段階では空隙の形状や界面に占める面積に変化は認められず、初期の圧下による接触界面における乱れた原子の再配列が強度発現の主要因であることが考えられた。実際、分子動力学を用いたシミュレーションを進めた結果、界面のごく近傍で極めて端範囲の原子の再配列が比較的低温でも起こり、それによって比較的整合性の良い界面が形成されることが示唆されると共に、高分解能透過電子顕微鏡でも強度発現前後で界面での整合度の変化が観察された。また今年度は、鋼と炭素材料の固相接合の検討、鋼同士の中温接合へのインサート金属の適用の検討なども進めた。前者は炭素拡散と炭素固溶度から接合機構を推定し、後者は溶融スズを用いたが、それによる活性界面の生成の観点から接合の可能性を検討した。
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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
鋼同士の接合機構の検討から初期の接合は中・長範囲の拡散を伴わず、ごく界面近傍の乱れた原子の再配列によって起こることが示唆され、機構の解明は進んだ。また、拡散および固溶度が極端に違う被接合体の組み合わせや活性界面を創出するインサート金属などの試みも進め、研究全体は順調に進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は実験的に見出された機構の妥当性を検討するために分子動力学を用いたシミュレーションをさらに進めると共に、鋼と他の金属を組み合わせた異種金属接合でも実験的な確認を行う。また接合第一段階の支配因子を明らかにして強度発現の速度論の定式化を目指す。一方、表面の酸化膜など表面性状の影響を定量的に検討し、活性界面の創出の手法やそのための必要条件を明らかにすることで、実用的な新たな接合プロセスへの展開を検討していく。
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