成果報告書 2019年3月

本文へジャンプ

成果報告書詳細
管理番号20180000000664
タイトル平成29年度成果報告書 エネルギー・環境新技術先導プログラム/ヘテロナノ組織を活用した革新的”超”高強度銅合金の設計技術および製造技術の研究開発
公開日2019/3/27
報告書年度2017 - 2017
委託先名一般社団法人日本伸銅協会 国立大学法人豊橋技術科学大学 国立大学法人金沢大学 国立大学法人東北大学多元物質科学研究所 古河電気工業株式会社 株式会社神戸製鋼所 日本ガイシ株式会社 JX金属株式会社
プロジェクト番号P14004
部署名イノベーション推進部
和文要約IoTの進展に伴い電子機器の超小型化や自動車の電動化、自動運転化および各種ロボットの小型化が進む中、電子部品には、強度低下、低信頼性、低動作電力ロス伝送性などの未解決問題があり、インターコネクト部材として究極の特性を有する銅合金が求められている。本事業では、従来の金属の強化機構(加工硬化、固溶硬化および析出硬化)とは異なる全く新しい画期的な強化機構である“ヘテロナノ組織”形成技術を高度化するとともに、これを従来の強化機構と重畳する革新的な製造プロセス技術を開発して、「高強度」と「高導電率」を高いレベルで両立させ、さらに、良好な「成形性」、「耐熱性」や「耐疲労性」などの様々な機能を付加した“超”高強度銅合金を開発することを目的とした。ヘテロナノ組織を活用することで、強圧延という極めて単純な製造プロセスでの製造が可能となり、製造コスト低減にも大きく貢献、材料製造プロセスおよび使用機器の省エネ(原油換算で8.1万kL/年)を強力に推進できる。ヘテロナノ組織の形成には、合金組成の最適化と転位や析出相の適正化を促進・維持する必要があり、計算材料科学により合金組成と加工プロセスを最適設計する技術を構築した。そして、圧延加工率や熱処理のプロセス条件最適化に加え、計算科学に基づいた合金組成の最適化により、Cu-Zn-Si系、Cu-Ni-Si系、Cu-Be-Co系の3種類の銅合金において従来の強度を遥かに凌ぐ高強度化に成功した。さらに、今回開発に成功した銅合金設計プラットフォームを組みわせるにことより、実験と計算科学を融合したシナジー効果が得られることをCu-Ni-Si系銅合金のNiの一部をCoに置換して設計することで実証し、新しい銅合金の開発、また計算科学に基づいた新しい銅合金の開発指針導出に向けた可能性を見出した。
英文要約Along with the progress of IoT, the ultra-miniaturization of electronic devices, the electrification and automatic operation of automobiles, and the miniaturization of various robots are advancing, there are unsolved problems such as reduced strength, lower reliability, lower transferability at operating power loss in the electronic parts, and copper alloys with the ultimate characteristics for the interconnect material are being required. In this project, a newly developed "heterogeneous nano (hetero-nano) structure" was adapted into copper alloys. The strengthening by the hetero-nano structure is completely different from the conventional strengthening methods, including strain hardening, solution hardening and precipitation hardening. The hetero-nano structure consists of nano-ordered deformation induced microstructures of eye-shaped twin domains, fine lamellas and shear bands. These extremely fine microstructures was ascribed to the extraordinary strength of alloys. The introducing hetero-nano structure in copper alloys as well as utilizing the conventional strengthening method lead to higher strength and conductivity compared to the conventional copper alloys. Moreover, the hetero-nano structure contributed other properties such as excellent bend-formability, heat resistance and fatigue resistance. In addition, the hetero-nano structure can be introduced by a simple process of heavy cold-rolling. Therefore necessary production cost and energy would be dramatically decreased. The estimated energy saving was approximately 81,000 kL / year in crude oil.The process and alloy design were successfully optimized based on systematic investigations of thermo-mechanical treatments and materials informatics. Resulting hetero-nano structured Cu-Zn-Si, Cu-Ni-Si and Cu-Be-Co system alloys exhibited superior strength above which cannot be attained by the conventional methods. Furthermore, by a combination of experimental and computational methods, extremely strong Cu-Ni-Si system alloys replacing a part of Ni component with Co element were newly designed in this project. This result indicated that new copper alloy design based on materials informatics can be possible in near future.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る