| 研究課題/領域番号 |
15K06464
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
川上 博士 三重大学, 工学研究科, 准教授 (00252338)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 接合 / アルミニウム / 酸化膜破壊 / 界面変形 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は，検討対象である大気中自発的溶融凝固接合プロセスに与える界面衝突運動のパラメータ検討および低融点材料の適用という接合プロセスに対して直接的な実験的アプローチと，アルミニウム表面酸化膜破壊に必要な界面変形機構をマイクロスコープによる3次元表面形状測定から得られた形状曲線と簡易界面突起モデルによる有限要素法（FEM）シミュレーション結果との比較による界面変形機構の全体的な把握という間接的な解析的アプローチという２手法を用いて研究を実施した．
実験的アプローチについては，アルミニウム母材／銅インサートメタル界面衝突時に与える最高接合圧力を変化させた際の接合性と亜鉛インサートメタルの可能性について検討した．前者については，接合圧力を増加させるにあたって，アルミニウム母材の高温変形抵抗力を向上させる必要性から接合温度を低温化する必要があった．接合開始時間の遅延が予想されたが，接合圧力増加効果が大きく従来の高温・低圧力条件よりも接合面積率を増加させることができた．下限接合温度は，反応拡散による接合部溶融が可能となるアルミニウム－銅系共晶温度となることが確認された．これらの結果は従来の高温・低圧力条件で用いていた厚さの小さいインサートメタルにより達成され，接合圧力最適化は省エネルギーおよび省資源効果を与えることがわかった．亜鉛インサートメタルによる更なる接合温度低温化を目指したが，アルミニウム－亜鉛系共晶温度付近の接合条件では酸化膜破壊は困難となり凝着程度の接合性であった．解析的アプローチにより，界面形状は初期状態が比較的滑らかな場合は粗大化され，粗い場合には平滑化される特異な変形挙動であることがわかった．室温での物性値と簡単な突起モデルを用いた有限要素法シミュレーション結果は，表面凹凸が大きいと界面変形が大きくなることが示唆されたことから，現時点では両者の一致は見られなかった．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
プロセス制御による大気中自発的溶融凝固接合法の高効率化は，接合プロセス設計の観点では高接合圧力条件を実現することにより，接合温度の低温化，インサートメタルの薄膜化およびそれにともなう接合変形の抑制が達成できた．また，接合部強度確保の観点からは，酸化膜破壊率（接合面積率）が90%を超える接合条件を見出した．ただし，さらなる接合温度低温化を可能にするインサートメタルに関しては不明である．本接合プロセスに必要なアルミニウム酸化膜破壊現象解明に関しては，初期表面粗さにより変形挙動が異なることがわかり，材料力学的知識と現実におきる形状変化を結びつける考えが必要な状況である．
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| 今後の研究の推進方策 |
プロセス制御による接合プロセスの効率化については，銅インサートメタルにおいて目標としている完全接合（接合面積率100%）は達成できていないものの，それに近い実験結果は得られており，現時点での方針のもとに実験を継続する．接合温度低温化のためのインサートメタル選択に関しては，アルミニウムの高温軟化による界面変形を有効に利用するため，まずは良好な結果が得られなかった亜鉛インサートメタルのように極端な低温化とするのではなく，銅合金およびマグネシウム合金のような，純銅から段階的に接合温度を低温化させる試みを行う．酸化膜破壊機構の解明については，マイクロメートル領域での表面形状測定の高精度化させ，初期表面形状を変形後表面において追跡できるように実験方法を改良する．これにより，表面粗さ粗大化および平滑化における変形挙動が解明できるものと予想している．これらの知見をシミュレーションに反映させる予定である．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は，低接合温度化インサートメタルの選択において，予想通りの計画進行とはならず，頻繁に接合条件の見直しを行った．このため，材料の消費量が減少し，不必要な支出を防ぐこととした．また，初期表面形状に関しては，実験の継続性から校費にて在庫分を使用した．以上の理由により，次年度使用額が生じた．
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| 次年度使用額の使用計画 |
低接合温度化インサートメタルの探索を進めるため，多種類の合金を購入する予定である．また，実験高精度化のための冶具，消耗品の購入を計画的に進める．
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