Al合金のフラックスフリーロウ付に対する雰囲気酸素分圧と添加元素の影響

• 研究課題/領域番号: 15H04136
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 複合材料・表界面工学
• 研究機関: 千葉工業大学
• 研究代表者: 小澤 俊平 千葉工業大学, 工学部, 教授 (80404937)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円); 2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2017年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2016年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: アルミニウム合金 / フラックスフリーろう付 / 表面張力 / 雰囲気酸素分圧 / フラックスフリーろう付け / 直接観察

研究成果の概要

Al合金製品のロウ付では，酸化皮膜除去と再酸化防止のために，フラックスの使用が欠かせない．しかし，Mg添加された高強度Al合金には適用できない問題や，フラックス残渣が，最終製品の不良や故障の原因となり得る問題がある．本研究では，試料へのMg添加が，アルミニウム合金のフラックスフリーロウ付を可能とすることを確認した．さらに，ジルコニア式酸素ポンプにより雰囲気酸素分圧を1e-30 atmまで低減すると，従来のフラックスロウ付に匹敵する接合性が得られる事が分かった．また，フラックスフリーロウ付で形成するフィレット形状は，溶融ろうの表面張力によって変化する事を明らかにした．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では，ジルコニア式酸素ポンプによる極低酸素分圧においてAl合金のフラックスフリーロウ付を実現した．これは，従来は困難であったZn添加による防食や，Mg添加された高強度Al材への適用が可能となるもので，社会的に意義が高い．また単にロウ付実験を行うだけで無く，溶融ろうの表面張力測定も行うことで，添加元素がフラックスフリーロウ付に与える本質的な効果を明らかにした．特に酸素については，従来は酸化に対する影響のみが着目されてきたが，それは強力な表面活性元素であるため，表面張力の変化を介しても，ロウ付性に影響していることを示した．これは，高温融体の表面科学の観点から学術的にも意義が高い．

研究成果

• [雑誌論文] Precise Density Measurement of Liquid Titanium by Electrostatic Levitator (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Ozawa, Y. Kudo, K. Kuribayashi, Y. Watanabe and T. Ishikawa,
  • 雑誌名: MATERIALS TRANSACTIONS 巻: 58 号: 12 ページ: 1664-1669
  • DOI: 10.2320/matertrans.L-M2017835
  • NAID: 130006219307
  • ISSN: 1345-9678, 1347-5320
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 銀銅融体の表面張力に対する組成，温度，酸素活量の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小澤俊平，西村大
  • 雑誌名: 日本熱物性シンポジウム講演論文集 巻: 38
• [雑誌論文] Influence of Trace Impurities on Oxygen Activity for High Purity Nitrogen Gas Processed by Zirconia Oxygen Pump (2016)
  • 著者名/発表者名: Shumpei OZAWA, Yuki KAWANOBE, Kazuhiko KURIBAYASHI and Toru NAGASAWA
  • 雑誌名: International Journal of Microgravity Science and Application 巻: 33 号: 2 ページ: 330214
  • DOI: 10.15011/jasma.33.330214
  • NAID: 130007842624
  • ISSN: 2188-9783
  • 年月日: 2016-04-30
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of Trace Impurities on Oxygen Activity for High Purity Nitrogen Gas Processed by Zirconia Oxygen Pump (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Ozawa, Y, Kawanobe, K. Kuribayashi, and T. Nagasawa
  • 雑誌名: Int. J. Microgravity Sci. Appl. 巻: 33 ページ: 23456-23456
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 選択式レーザ溶融法のビード形状に及ぼす雰囲気の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 濱田輝哉，中野禅，佐藤直子，小澤俊平
  • 学会等名: 第27回機械学会・材料加工技術講演会（M&P2019）
• [学会発表] 金属融体の表面張力に対する酸素分圧制御法の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋駿，樋口龍輝，吉崎隼人，小澤俊平
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会 第31回学術講演会
• [学会発表] 単純ガス混合および緩衝ガス混合下における溶鉄及び溶融ニッケルの表面張力測定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 樋口龍輝，高橋駿，吉崎隼人，小澤俊平
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会 第31回学術講演会
• [学会発表] 溶鉄の表面張力に対する雰囲気ガス種の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 樋口龍輝，高橋駿，小澤 俊平
  • 学会等名: 日本金属学会2019年秋期講演大会
• [学会発表] Influence of oxygen partial pressure on surface tension of metallic melts (2019)
  • 著者名/発表者名: Shumpei Ozawa, Masaru Nishimura, Yu Kudo, and Takehiko Ishikawa
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Subsecond Thermophysics (IWSSTP 2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Composition dependence of surface tension for Fe-Si alloys measured by electromagnetic levitation method (2019)
  • 著者名/発表者名: Hayato Yoshizaki, Masahiro Itakura, and Shumpei Ozawa
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Subsecond Thermophysics (IWSSTP 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] High temperature measurement of surface tension of liquid aluminum by electromagnetic levitation (2019)
  • 著者名/発表者名: Takaya Iwano and Shumpei Ozawa
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Subsecond Thermophysics (IWSSTP 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Surface tension of high temperature liquid silicon under well controlled oxygen partial pressure in vicinity of melt surface (2019)
  • 著者名/発表者名: Kota Sugisawa, Masahiro Itakura, and Shumpei Ozawa
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Subsecond Thermophysics (IWSSTP 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] 金属融体の表面張力に対する雰囲気酸素分圧の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小澤俊平
  • 学会等名: 溶接学会界面接合研究委員会
  • 招待講演
• [学会発表] 電磁浮遊法を用いたアルミニウム融体の表面張力に対する雰囲気酸素分圧の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩野貴哉，小澤俊平
  • 学会等名: 日本金属学会2019年春期講演大会
• [学会発表] Si 融体の表面張力に対する表面酸素分圧の影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 杉澤昂太，板倉真博，小澤俊平
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会2019年春季大会
• [学会発表] Surface tension of molten brazing filler alloys measured by the electromagnetic levitation technique (2018)
  • 著者名/発表者名: Shumpei Ozawa, Mararu Nishimura
  • 学会等名: 12th Asian Microgravity Symposium
• [学会発表] Surface Tension Measurement of Molten Fe-Si Alloys by Electromagnetic Levitation Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Hayato Yoshizaki, Takumi Tsukahara,Shumpei Ozawa
  • 学会等名: 12th Asian Microgravity Symposium
• [学会発表] High Temperature Measurement of Surface Tension for Molten Zircaloy by Containerless Technique (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Suzuki, Takuya Nakajima, Shumpei Ozawa
  • 学会等名: 12th Asian Microgravity Symposium
• [学会発表] 表面酸素分圧を考慮した電磁浮遊法による半導体融体の表面張力測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 板倉真博，杉澤昂太，村越至，栗林一彦，小澤俊平
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会 第30回学術講演会
• [学会発表] 電磁浮遊法を用いた半導体融体の表面張力に及ぼす雰囲気酸素分圧の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 杉澤昂太，板倉真博，村越至，栗林一彦，小澤俊平
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会 第30回学術講演会
• [学会発表] 電磁浮遊法を用いたFe-Si合金融体の表面張力 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉崎隼人，塚原拓海，小澤俊平
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会 第30回学術講演会
• [学会発表] 電磁浮遊法による液体アルミニウムの表面張力測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩野貴哉，小澤俊平
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会 第30回学術講演会
• [学会発表] Fe-Si合金融体の表面張力に対する組成依存性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉崎隼人，小澤俊平
  • 学会等名: 日本鉄鋼協会2018年秋季大会
• [学会発表] Al合金のろう付継手のフィレット形成に及ぼす酸素分圧の影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長島充宏，小澤俊平，松本卓也，篠田智之，柳川裕，鈴木太一
  • 学会等名: 日本金属学会2018年秋期講演大会
• [学会発表] 密閉構造を有するAl合金のろう付性と雰囲気酸素分圧の関係 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長島充宏，小澤俊平，松本卓也，篠田智之，柳川裕，鈴木太一
  • 学会等名: 溶接学会 平成30年度秋季全国大会
• [学会発表] 電磁浮遊法によるジルカロイ融体の表面張力 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小澤俊平，鈴木岳大，中野拓哉，工藤優
  • 学会等名: 日本金属学会2018年春期講演大会
• [学会発表] Al合金のフラックスフリーろう付に及ぼすMg添加と雰囲気酸素分圧の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 篠田智之，小澤俊平，栗林一彦，山吉知樹，伊藤泰永
  • 学会等名: 日本金属学会2017年春期講演大会
  • 発表場所: 首都大学東京南大沢キャンパス（東京都八王子市）
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 銀銅融体の表面張力に対する組成，温度，酸素活量の影響 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小澤俊平，西村大
  • 学会等名: 第３８回日本熱物性シンポジウム
• [学会発表] 酸素活量を考慮した電磁浮遊法によるシリコン融体の表面張力測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 板倉真博，小澤俊平，栗林一彦，村越至
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会 第29回学術講演会
• [学会発表] 電磁浮遊法によるジルカロイ融体の表面張力測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木岳大，小澤俊平，栗林一彦，中野拓哉，工藤裕
  • 学会等名: 日本マイクログラビティ応用学会 第29回学術講演会
• [学会発表] Flux-free Brazing of Aluminum Alloys under Ultra-low Oxygen Partial Pressure using Zirconia Oxygen Pump (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Shinoda, S. Ozawa, K. Kuribayashi, T. Yamayoshi, and Y. Ito
  • 学会等名: 10th International Conference on Trends in Welding Research
  • 発表場所: 一ツ橋ホール（東京都千代田区）
  • 年月日: 2016-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] 極低酸素分圧雰囲気におけるアルミニウム合金のフラックスレスろう付 (2016)
  • 著者名/発表者名: 篠田智之，小澤俊平，栗林一彦，山吉知樹，伊藤泰永
  • 学会等名: 軽金属学会 第130回春期大会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2016-05-28
• [学会発表] アルミニウム合金のフラックスレスろう付性に及ぼす加熱時間および雰囲気酸素分圧の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 篠田智之，小澤俊平，栗林一彦，山吉知樹，伊藤泰永
  • 学会等名: 日本金属学会2016年春期（第158回）講演大会
  • 発表場所: 東京理科大学（東京都葛飾区）
  • 年月日: 2016-03-24