地方独立行政法人大阪産業技術研究所 森之宮センター

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先進構造材料研究室

先進加工プロセスを用いたナノスケールの組織制御手法により、鉄鋼・アルミ合金・マグネシウム合金などの構造用金属材料の高性能化に関する研究を行っています。また、摩擦攪拌プロセスを用いた金属表面改質技術の高度化にも取り組んでいます。

担当者 お問い合わせなどについては「*」印の連絡担当者へお願い致します。

  1. 武内 孝 *
  2. 渡辺博行
  3. 長岡亨
  4. 木元慶久
対応する業界、素材や技術

業界:金属製品製造業、一般機械器具製造業、輸送用機械器具製造業、電気機械器具製造業
技術:組織制御、材料分析、摩擦攪拌プロセス、超塑性加工、はんだ接合、ナノ粒子接合

研究内容

摩擦攪拌プロセスを用いた新規金属表面改質技術の開発

研究の概要
摩擦攪拌プロセス(Friction Stir Processing、FSP)は、1991年に英国TWIで発明された摩擦攪拌接合(Friction Stir Welding、FSW) を表面改質技術として応用したもので、円柱状の工具を回転させながら金属材表面に押し当て、発生する摩擦熱と攪拌力を利用して、固相のまま改質を行う技術です。 当研究室では、工具鋼や超硬合金、Mg合金等にFSPを適用した表面改質技術について研究を行っています。

本技術の特徴

  • 金属材表面の必要な箇所のみを選択的に改質できる
  • 固相プロセスであるため、改質部の結晶粒が微細化し、母材よりも強度が向上する
  • 他の加工プロセスで生じた気孔、割れなどを消失させることができる
  • プロセス中に粒子添加を行うことで、金属材料の合金化や複合材料の作製ができる
  • 溶射等の表面被覆層の表面改質も可能である
  • プロセス中にヒューム、スパッタ、紫外線等の発生がない
マグネシウム合金の成形性改善

研究の概要
マグネシウム合金の実用上の問題点である加工性の改善を図るために、材料組織を制御して延性の向上を図る方法について検討しています。組織制御の結果、250℃付近の変形温度で数百パーセント以上の大きな引張伸び(超塑性)が各種マグネシウム合金の押出し材で得られています。また、室温において均一変形後に高い局部伸びが得られるような材料組織についても検討しています。この研究の技術要素は下記のとおりです。

要素技術

  • 押出機による軽金属の加工
  • 異周速圧延機によるによる軽金属の加工
  • 軽金属素材の引張、圧縮特性評価
  • 金属素材の共振法による弾性特性の評価
  • 金属素材の減衰能の評価
  • 波長分散型蛍光X線分析装置による元素分析
環境調和型接合技術の開発

研究の概要
有害物質フリーの環境調和型接合技術を確立する目的で、低温での焼成が可能な金属ナノ粒子の特徴を活かした接合技術の研究開発を行っています。本技術は、電子実装等の分野で耐熱性が必要な用途で使用されている鉛含有高温はんだの代替材としての利用が期待されています。また、アルミニウム材料の環境調和型接合技術として、超音波振動を利用したはんだ付技術についても研究を行っています。

本技術の特徴

  • 金属ナノ粒子接合
  • 鉛等の有害物質を使用しない接合材料を使用
  • 300℃以下の低温で、フラックスを使わずに接合が可能
  • 接合部は高い耐熱性を発揮
  • 超音波はんだ付
  • フラックスを使わずに接合が可能
  • 使用するはんだの融点以下の温度でも接合が可能
  • 接合部の軟化が抑えられ高強度な接合継手が得られます

トピックス

外部資金研究

事業体:独立行政法人科学技術振興機構(JST)
事業名:産学共創基礎基盤研究
研究課題:摩擦攪拌現象を用いたインプロセス組織制御によるマクロヘテロ構造体化技術の確立
研究期間:H23~27年度
共同研究機関:大阪大学接合科学研究所、広島県立総合技術研究所

事業体:独立行政法人日本学術振興会
事業名:科学研究費補助金(基盤C)
研究課題:生体内分解性マグネシウムの高強度・高ダンピング化
研究期間:H24~26年度
共同研究機関:国立大学法人神戸大学

事業体:公益財団法人天田財団
事業名:一般研究開発助成 塑性加工
研究課題:摩擦攪拌プロセスによりナノ組織化されたマグネシウム系水素吸蔵合金の創製
研究期間:H26~28年度

事業体:独立行政法人科学技術振興機構(JST)
事業名:研究成果最適展開支援事業,A-STEP,FSステージ
研究課題:超音波援用はんだ付法によるAl管の高品位接合技術の開発
研究期間:H22~23年度

事業体:経済産業省
事業名:戦略的基盤技術高度化支援事業(サポイン)
研究課題:木工用刃物の高性能・長寿命化に資する金属組織ナノ化技術の開発
研究期間:H20~22年度
共同研究機関:株式会社AMC、第一鋼業株式会社

研究成果

発表論文、特許等

主要論文リスト(2010年以降)

<摩擦攪拌プロセス>

  1. T. Nagaoka、H. Watanabe、M.Fukusumi、Y.Kitamura、T.Mizuno、G.Abe、Y.Morisada、H.Fujii, Microstructural Evaluation of Friction Stir Processed D2 Tool Steel, Materials Science Forum, 735(2013) pp. 422-426
  2. Y. Morisada, H. Fujii, T. Mizuno, G. Abe, T. Nagaoka, and M. Fukusumi, Modification of Thermally Sprayed Cemented Carbide Layer by Friction Stir Processing, Surface and Coatings Technology, 204 (2010) pp. 2459–2464.

<マグネシウム合金>

  1. H. Watanabe, Y. Sasakura, N. Ikeo, T. Mukai, Effect of deformation twins on damping capacity in extruded pure magnesium, J. Alloys Compd., 626 (2014) pp. 60-64.
  2. H. Watanabe, T. Sawada, Y. Sasakura, N. Ikeo, T. Mukai, Microyielding and damping capacity in magnesium, Scripta Mater., 87 (2014) pp. 1-4.
  3. H. Watanabe, Effect of second-phase precipitates on local elongation in extruded magnesium alloys, J. Mater. Eng., Perform. 22 (2013) pp. 3450-3454.
  4. H. Watanabe, K. Kurimoto, T. Uesugi, Y. Takigawa, K. Higashi, Accommodation mechanisms for grain boundary sliding as inferred from texture evolution during superplastic deformation, Philos. Mag., 93 (2013) pp. 2913-2931.

<超音波はんだ接合>

  1. T. Nagaoka, Y. Morisada, M. Fukusumi, and T. Takemoto, Selection of soldering temperature for ultrasonic-assisted soldering of 5056 aluminum alloy using Zn-Al system solders, J. Mater. Proc. Tech., 211(2011) pp.1534–1539.
  2. T. Nagaoka, Y. Morisada, M. Fukusumi, and T. Takemoto, Ultrasonic-Assisted Soldering of 5056 Aluminum Alloy Using Quasi-Melting Zn-Sn Alloy, Metallurgical and Materials Transactions B, 41(2010)pp.864-871.

<金属ナノ粒子接合>

  1. Y. Morisada, T. Nagaoka, M. Fukusumi, M.Yamamoto, Y. Kashiwagi, M. Nakamoto, A low temperature bonding process using Cu-Ag mixed nanoparticles, J. Electron. Mater., 39(2010) pp.1283-1288.
  2. 長岡 亨,森貞好昭,福角真男,柏木行康,山本真理,中許昌美,垣内宏之,吉田幸雄,無加圧条件下における銀ナノ粒子の接合特性評価,マイクロエレクトロニクスシンポジウム論文集,20 (2010) pp.35-38

特許登録(2001年以降)

5件

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