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PRODUCT DETAIL

表面改質法を用いた非鉄金属材料の低温・低加圧固相接合

MESSAGE

群馬大学大学院
理工学府 知能機械創製部門 准教授 小山 真司

群馬大学大学院 理工学府 知能機械創製部門 准教授 小山 真司

私の研究グループの特色は、機械構造用材料の『低温・低加圧固相接合』を対象とし、各種評価&分析機器を用いて、常に『現状把握-計画-試作-検証』を行い、“接合特性向上”に特化したより高度なものづくり技術の開発を進めています。

現在、当研究グループでは、異種・同種金属間の表面改質法を用いた精密固相組立接合について、研究と改質効果の科学的解明を進めています。

今後の展開として、多様化する各種素材に応じた表面・界面特性が自在に操れるような技術開発を行って参ります。ご興味を持たれた研究テーマがございましたら、ぜひご連絡ください。

概要

マルチマテリアル化を実現する各種金属の低温・低加圧固相接合

固相接合は材料を溶かすことなく接合する方法で、ひずみが少なく精密な接合に適していますが、接合面には酸化皮膜があり接合を阻害するという課題がありました。本技術は環境調和型の酸により皮膜除去し、低温接合化を図っています。

アーク溶接や抵抗溶接など、従来の接合法には無い特徴を有しており、製品の軽薄短小化・精密化、構造の複雑化など、製品製造における自由度を拡大させるとともに、高付加価値化に適する接合要素技術です。

特長

FEATURE 01

低荷重

低荷重接合であるため、機械的強度の低い部品(MEMSなど)の接合が可能です。

FEATURE 02

低温接合

樹脂製光学部品などプラスチックを含む耐熱性の低い部品であっても接合が可能です。
また熱処理型合金のような熱処理で固める材料の接合も、低温であれば特性を変えることなく接合できます。

FEATURE 03

金属間化合物層(脆弱層)の形成抑制が可能

高温での接合の場合、接合する化合物が層状にでき、脆くなります。
低温接合を実現できることで、この金属間化合物層(脆弱層)ができにくくなります。

FEATURE 04

フラックスレスで洗浄不要

酸化物を取り除くためにフラックスで洗浄する工程も不要です。
フラックスが残る事による不具合を防ぐことができます。

FEATURE 05

はんだレス

接合のために、はんだを利用する必要がありません。
高温ではんだが溶ける心配もなく、はんだの材料費を抑えることができます。

用途例

自動車・航空宇宙器
関連電子機器

低荷重で接合できるため高い接合信頼性を必要とする電子機器の接合に適しています。

医療関連器具

医療関連器具の素材としてチタンが使用されることが多く、チタンは接合時に特に酸化皮膜ができやすいです。当接合方法は、酸化皮膜の生成を抑えることができ、チタンでも接合が可能です。

軽量化のための
アルミニウム接合

軽量化を目的として鉄からアルミニウムに素材を変えたい場合、高温接合でアルミニウムが溶ける課題がありました。当接合方法であればアルミニウが溶けるよりも低温で接合が可能です。

よくあるご質問

Q
圧力をかけずに接合ができるのでしょうか?
A
接合自体は熱と圧力によって密着させるので荷重は必要です。
接合前に酸化皮膜を除去することで、他の接合よりも低い圧力で接合が可能です。
Q
真空や窒素の中での接合が必要でしょうか?
A
大気中で接合を行うことが可能です。

チーム

小山 真司

群馬大学大学院 理工学府 知能機械創製部門 准教授

「鉛フリーはんだの低温精密固相接合技術の開発」小型化される電子機器のニーズを支えるため,はんだ表面を様々な手法で改質し,低温精密組立可能な新規はんだ材料の研究開発を行っている。「機械構造用部材の高機能化」自動車や航空機に搭載される部品は,軽量化が求められ,ギヤや軸に求められる強度・表面特性は増大傾向にある。そこで表面拡散反応を利用し,安価な材料に種々の高機能表面特性を付与する技術開発を進めている。

【主要な所属学会】
日本金属学会,溶接学会,日本機械学会,エレクトロニクス実装学会,軽金属学会

その他

共同研究における
技術分野・実績
電子実装材料や各種機械材料の低温精密固相接合
鉄鋼材料やチタンなどの表面硬化および耐食性の向上
関連論文
The Effect of Boriding on Wear Resistance of Cold Work Tool Steel(冷間工具鋼の耐摩耗性に及ぼすほう化処理の効果), Journal of Physics, 843, 012064 (2017).

Cu/Cu Direct Bonding by Metal Salt Generation Bonding Technique with Organic Acid and Its Persistence of Reformed Layer(有機酸を用いた金属塩生成接合法による銅の直接接合と改質層の耐久性), Japanese Journal of Applied Physics, 54, 030216-1-030216-4 (2015).
関連特許
特許第6288632号, 発明の名称:金属部材の接合方法(2018)

企業・団体情報

企業名
群馬大学 研究・産学連携推進機構
所在地
〒371-8510
群馬県 前橋市荒牧町 4-2 群馬大学 荒牧キャンパス
設立年月
2016年4月
従業員規模
501名以上
URL
https://research.opric.gunma-u.ac.jp

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