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2019 年度 実績報告書

低温焼結性金属ナノ粒子の創製と精密組立接合への応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K06372
研究機関群馬大学

研究代表者

小山 真司  群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (70414109)

研究分担者 荘司 郁夫  群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (00323329)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード固相接合 / 液相拡散接合 / 金属塩生成接合法 / インサート金属 / アルミニウム / 銅 / ナノ粒子
研究実績の概要

電子機器の小型・軽量化に伴い,Al合金が多用されるようになり,鉄鋼製の筐体との直接接合が求められるようになった.またAl合金において,熱処理を施すことで母材強度を高める熱処理型Al合金の使用も拡大傾向にある.一方で,高強度でありながら高い熱・電気伝導性を有するCu合金についても,製品設計の自由度を高めるため,直接接合が望まれている.本研究では,接合阻害因子である酸化皮膜を金属塩被膜に還元除去し,熱分解させることで金属面が露出する金属塩生成接合法を適用し,その効果を検討した.
A6061/高張力鋼の固相接合において,Alの酸化皮膜を有機酸で金属塩被膜に置換除去し,接合中に熱分解させることで,3倍の接続強度を有する接手が得られた.また,FT-IRによる表面の化学分析の結果,処理時間に最適値があるのは,接合に適した金属塩被膜厚さと不均質性の解消が影響していることが明らかとなった.
Al合金の液相拡散接合において,インサート金属に種々の金属塩被膜処理を施すことで,2倍以上の接続強度を有する接手が得られた.さらにインサート金属の純度向上に伴い,接合界面における介在物の凝集が抑制され,さらなる接続強度の向上が達成できることがわかった.
ベリリウム銅合金どうしの固相接合において,酸化皮膜をギ酸塩被膜に置換除去することで,接合されなかった接手が母材破断することがわかった.これは,Cuと異なりBeは両性金属であり,ギ酸で処理を施す前にアルカリ処理を施したためであることがFT-IRによる化学分析により明らかになった.
無酸素銅どうしの固相接合において,Cuナノ粒子の酸化皮膜をギ酸塩被膜に置換除去し,接合界面に挿入することで,接合されなかった接手がCuの0.2%耐力まで向上することがわかった.これは,接合中にCuナノ粒子どうしが焼結すると同時に接合界面を充填するためであることがわかった.

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Solid-state bonding of A6061/high-tensile steel plate by metal salt generation bonding technique with acetic acid2019

    • 著者名/発表者名
      Koyama Shinji、Ozawa Kohei、Muraoka Takako
    • 雑誌名

      Journal of Japan Institute of Light Metals

      巻: 69 ページ: 548~552

    • DOI

      10.2464/jilm.69.548

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ギ酸塩被膜付与亜鉛シートを用いた鋳造用アルミニウム合金の液相拡散接合界面組織に及ぼす熱処理の影響2019

    • 著者名/発表者名
      篠原勇人,小山真司
    • 学会等名
      軽金属学会 第136回春期大会
  • [学会発表] Effect of Formate Coating Treatment on Bond Strength of A5052/SUS316L2019

    • 著者名/発表者名
      T. Ishikawa, S. Koyama
    • 学会等名
      72th IIW Annual Assembly and International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of Mechanical Properties by T6 Heat Treatment of Aluminum Casting Alloy Joint with Formate Coated Zn Sheet2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Shinohara, S. Koyama
    • 学会等名
      72th IIW Annual Assembly and International Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Al 合金の接合強度に及ぼす Zn インサート材のギ酸塩被膜付与条件の影響2019

    • 著者名/発表者名
      篠原勇人,小山真司
    • 学会等名
      日本機械学会2019年度年次大会
  • [学会発表] SUS316L/A5052の接合条件緩和に対する金属塩被膜処理効果2019

    • 著者名/発表者名
      石川友博,小山真司
    • 学会等名
      日本金属学会2019年秋期講演大会
  • [学会発表] ギ酸塩被膜処理Znシートを用いたAl合金の液相拡散接合強度に及ぼす接合表面粗さの影響2019

    • 著者名/発表者名
      篠原勇人,小山真司
    • 学会等名
      溶接学会第105回秋季全国大会
  • [学会発表] Al合金の液相拡散接合実用化に向けたZnシート表面の金属塩被膜処理条件の緩和2019

    • 著者名/発表者名
      篠原勇人,小山真司
    • 学会等名
      日本鋳造工学会第174回全国講演大会
  • [学会発表] ギ酸塩被膜付与Znシートを用いたAl合金の大気中液相拡散接合強度に及ぼす接合面粗さの影響2019

    • 著者名/発表者名
      篠原勇人,小山真司
    • 学会等名
      日本機械学会第13回生産加工・工作機械部門講演会
  • [学会発表] ギ酸塩被膜付与亜鉛シートを用いたA6061合金どうしの液相拡散接合強度に及ぼす亜鉛シート純度の影響2019

    • 著者名/発表者名
      篠原勇人,小山真司,村岡貴子
    • 学会等名
      軽金属学会第137回秋季大会
  • [学会発表] ギ酸塩被膜付与Znシートを用いたA6061合金液相拡散接合継手の機械的特性に及ぼすT6処理の影響2019

    • 著者名/発表者名
      篠原勇人,小山真司
    • 学会等名
      日本機械学会第27回機械材料・材料加工技術講演会(M&P2019)
  • [学会発表] Creation of Functional Surfaces and Application for Joints2019

    • 著者名/発表者名
      S. Koyama
    • 学会等名
      Symposium on the Reserch Activities of Joint Usage/Research Center on Joining and Welding
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ベリリウム銅11合金の固相接合強度に及ぼすギ酸塩被膜付与の影響2019

    • 著者名/発表者名
      篠原勇人,小山真司
    • 学会等名
      シンポジウムMate2020
  • [備考] 群馬大学大学院理工学府知能機械創製部門 機能性界面・表面創製研究室

    • URL

      https://www.mst.st.gunma-u.ac.jp/koyama/

  • [産業財産権] 接合方法および熱交換部材2020

    • 発明者名
      石川貴浩,太田星,小山真司
    • 権利者名
      日本碍子株式会社,国立大学法人群馬大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-010660

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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