JP5628231B2 - Laminated body - Google Patents
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本発明は、金属又は合金の基材上に、金属又は合金の皮膜を積層した積層体に関する。 The present invention relates to a laminate in which a metal or alloy film is laminated on a metal or alloy substrate.
近年、コールドスプレー法と呼ばれる皮膜形成方法が知られている。コールドスプレー法は、金属材料の粉末を融点又は軟化点以下の状態で不活性ガスとともにノズルから噴射し、固相状態のまま基材に衝突させることにより、基材の表面に皮膜を形成する方法である（例えば、特許文献１参照）。コールドスプレー法においては、溶射法と比較して低い温度で加工が行われるので、熱応力の影響が緩和される。そのため、相変態がなく酸化も抑制された金属皮膜を得ることができる。特に、基材及び皮膜となる材料がともに金属である場合、金属材料の粉末が基材（又は先に形成された皮膜）に衝突した際に粉末と基材との間で塑性変形が生じてアンカー効果が得られると共に、互いの酸化皮膜が破壊されて新生面同士による金属結合が生じるので、密着強度の高い積層体を得ることができる。 In recent years, a film forming method called a cold spray method is known. The cold spray method is a method of forming a film on the surface of a base material by injecting a powder of a metal material from a nozzle together with an inert gas in a state below the melting point or softening point, and colliding with the base material in a solid state. (For example, see Patent Document 1). In the cold spray method, since the processing is performed at a lower temperature than the thermal spraying method, the influence of thermal stress is reduced. Therefore, it is possible to obtain a metal film having no phase transformation and suppressing oxidation. In particular, when both the base material and the coating material are metals, plastic deformation occurs between the powder and the base material when the metal material powder collides with the base material (or the previously formed film). Since the anchor effect is obtained and the oxide films of each other are destroyed and metal bonds are formed by the new surfaces, a laminate with high adhesion strength can be obtained.
コールドスプレー法により形成された積層体においては、基材と皮膜との間において良好な熱伝導性を得ることができる。このようなコールドスプレー法による皮膜の特性を活かしたデバイスの例として、基材の一方の面に金属皮膜による回路パターンを介してチップ（トランジスタ）を配設し、該基材の他方の面に、金属皮膜を介して温度調節部（冷却部又は加熱部）を配設したパワーモジュール（パワーデバイスとも呼ばれる）が知られている（例えば、特許文献２参照）。 In the laminate formed by the cold spray method, good thermal conductivity can be obtained between the substrate and the coating. As an example of a device that takes advantage of the properties of the film by such a cold spray method, a chip (transistor) is disposed on one surface of a base material through a circuit pattern of a metal film, and the other surface of the base material is disposed. A power module (also referred to as a power device) in which a temperature control unit (cooling unit or heating unit) is disposed via a metal film is known (for example, see Patent Document 2).
しかしながら、コールドスプレー法により平板状の基材に皮膜を形成する場合、材料の粉末が基材に衝突した際に基材表面が塑性変形することに加え、形成される皮膜内に生じる残留圧縮応力により、成膜面が凸となるように基材が反ってしまうという問題が生じている。 However, when a film is formed on a flat substrate by the cold spray method, in addition to plastic deformation of the substrate surface when the material powder collides with the substrate, residual compressive stress generated in the formed coating This causes a problem that the base material is warped so that the film formation surface is convex.
この問題に対し、特許文献２においては、コールドスプレー法により温度調節部であるヒートシンク上に金属層を形成した構造体を加熱した後で金型を用いてプレスし、或いは、加熱しながらプレスすることにより、基材内部の残留圧縮応力を緩和させて、構造体の変形を矯正している。 With respect to this problem, in Patent Document 2, a structure in which a metal layer is formed on a heat sink, which is a temperature control unit, is heated by a cold spray method and then pressed using a mold, or pressed while heating. Thus, the residual compressive stress inside the base material is relaxed, and the deformation of the structure is corrected.
しかしながら、この場合、互いに異なる種類の金属からなる構造体（例えば、アルミニウムの基材に対して銅皮膜を形成した構造体）を加熱すると、基材と皮膜との間の境界において金属間化合物が生成され、層間における熱伝導率及び導電率や構造体の強度が低下するおそれがある。 However, in this case, when a structure composed of different kinds of metals (for example, a structure in which a copper film is formed on an aluminum base material) is heated, an intermetallic compound is formed at the boundary between the base material and the film. There is a possibility that the thermal conductivity and conductivity between the layers and the strength of the structure are lowered.
また、基材にフィン等の構造が設けられている場合、構造体をプレスする際の荷重が低く制限されるため、変形の矯正が不十分となるおそれがある。
さらに、金型により構造体をプレスする方式では、変形の矯正量を任意にコントロールすることは困難である。
In addition, when a structure such as a fin is provided on the base material, the load when pressing the structure is limited to a low level, and thus there is a risk that the correction of deformation may be insufficient.
Furthermore, it is difficult to arbitrarily control the deformation correction amount in the method of pressing the structure with a mold.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コールドスプレー法により金属基材上に金属皮膜を形成した積層体において、製造工程において生じる変形が矯正され、所望の形状をなす積層体を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and in a laminate in which a metal film is formed on a metal substrate by a cold spray method, a deformation that occurs in the manufacturing process is corrected and a laminate having a desired shape is obtained. The purpose is to provide.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る積層体は、第１の金属又は合金により形成され、互いに対向する第１及び第２の主面を有する基材と、第２の金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記第１の主面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることにより、前記第１の主面上に形成された皮膜とを備え、前記基材の前記第１の主面側の厚み方向における端部領域は第１の残留圧縮応力を有し、前記基材の前記第２の主面側の厚み方向における端部領域は第２の残留圧縮応力を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a laminate according to the present invention is formed of a first metal or an alloy, and includes a base material having first and second main surfaces facing each other, A film formed on the first main surface by accelerating a powder composed of two metals or an alloy together with a gas and spraying and depositing the powder on the first main surface in a solid phase state; The end region in the thickness direction on the first main surface side of the base material has a first residual compressive stress, and the end region in the thickness direction on the second main surface side of the base material is second. It has a residual compressive stress of
上記積層体において、前記第１の残留圧縮応力と前記第２の残留圧縮応力との差が、±４０ＭＰａ以内であることを特徴とする。 In the laminate, a difference between the first residual compressive stress and the second residual compressive stress is within ± 40 MPa.
本発明に係る積層体は、第１の金属又は合金により形成され、互いに対向する第１及び第２の主面を有する基材と、第２の金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記第１の主面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることにより、前記第１の主面上に形成された皮膜とを備え、前記基材の前記第２の主面において、算術平均面粗さは０．２μｍ〜５．０μｍの範囲であり、十点平均面粗さは０．９μｍ〜２２．０μｍの範囲であることを特徴とする。 The laminate according to the present invention is formed of a first metal or alloy, and has a base material having first and second main surfaces facing each other, and accelerates a powder composed of the second metal or alloy together with a gas, A film formed on the first main surface by spraying and depositing in the solid state on the first main surface, and an arithmetic average on the second main surface of the substrate The surface roughness is in the range of 0.2 μm to 5.0 μm, and the ten-point average surface roughness is in the range of 0.9 μm to 22.0 μm.
上記積層体において、前記基材の前記第２の主面は、硬質材料によって形成された粒子を衝突させる表面加工が施されていることを特徴とする。 In the laminate, the second main surface of the base material is subjected to a surface treatment that causes particles formed of a hard material to collide with each other.
本発明によれば、基材上にコールドスプレー法により皮膜を形成した積層体において、成膜面である基材の第１の主面側の厚み方向における端部領域が第１の残留圧縮応力を有し、第１の主面と対向する第２の主面側の厚み方向における端部領域が第２の残留圧縮応力を有するので、両残留圧縮応力の釣り合いにより、製造工程において生じた変形が矯正され、所望の形状をなす積層体を得ることが可能となる。 According to the present invention, in the laminate in which a film is formed on the base material by the cold spray method, the end region in the thickness direction on the first main surface side of the base material that is the film forming surface is the first residual compressive stress. And the end region in the thickness direction on the second main surface side facing the first main surface has the second residual compressive stress. Therefore, deformation caused in the manufacturing process due to the balance between the two residual compressive stresses Is corrected, and a laminated body having a desired shape can be obtained.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、及び位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。即ち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、及び位置関係のみに限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by the following embodiment. The drawings referred to in the following description only schematically show the shape, size, and positional relationship so that the contents of the present invention can be understood. That is, the present invention is not limited only to the shape, size, and positional relationship illustrated in each drawing.
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る積層体を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る積層体１は、金属又は合金によって形成された基材１１と、該基材の一方の主面１１ａ上に金属又は合金によって形成された皮膜１２とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a laminated body according to
基材１１は、略平板状をなしている。また、基材１１の内部において、製造の工程や熱履歴により少量の残留応力が生じるが、これらの端部領域１１１、１１２における残留圧縮応力の釣り合いにより、基材１１はいずれか一方の側に反ることなく、略平板状を維持している。
The
また、基材１１の主面１１ｂは、後述する製造工程における表面処理により、圧延板等の表面と比較して粗い状態となっている。具体的には、主面１１ｂの算術平均面粗さＲａは０．２μｍ〜５．０μｍ程度であり、十点平均面粗さＲｚは０．９μｍ〜２２．０μｍ程度である。
Moreover, the
皮膜１２は、金属又は合金の粉末をガスと共に加速し、主面１１ａに固相状態のままで吹き付けて堆積させる、所謂コールドスプレー法によって形成されている。皮膜１２と基材１１との境界（主面１１ａ）近傍においては、粉末が主面１１ａに衝突した際の衝撃した際の塑性変形により、基材１１に皮膜１２が食い込むアンカー効果と金属結合とが生じている。
The
なお、基材１１をなす金属又は合金と皮膜１２をなす金属又は合金とは、同じ種類であっても良いし、互いに異なる種類であっても良い。具体的には、アルミニウムの基材１１に対して銅の皮膜１２を積層したり、銅の基材１１に対して銅の皮膜１２を積層するといった組み合わせの例が挙げられる。
In addition, the same kind may be sufficient as the metal or alloy which comprises the
このような積層体１は、例えば、パワーモジュール等のデバイスにおいて、回路が形成される基板や、ヒートシンクが設けられる基板として用いられる。
Such a
次に、積層体１の製造方法について、図２〜図４を参照しながら説明する。図２は、積層体１の製造方法を示すフローチャートである。図３は、積層体１の製造方法における各工程を説明する図である。図４は、コールドスプレー法による成膜装置を示す模式図である。
Next, the manufacturing method of the laminated
まず、工程Ｓ１０１において、図３（ａ）に示すように、金属又は合金からなる平板の基材１１を用意する。基材１１の種類としては、圧延板、押し出し成形品等、特に限定せずに使用することができる。また、基材１１の形状についても特に限定されない。
First, in step S101, as shown in FIG. 3A, a
続く工程Ｓ１０２において、図３（ｂ）に示すように、基材１１の主面１１ａ上に、コールドスプレー法により所望の厚さの皮膜１２を形成する。
In subsequent step S102, as shown in FIG. 3B, a
図４は、コールドスプレー法による成膜装置（コールドスプレー装置）の概要を示す模式図である。図４に示すコールドスプレー装置３０は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器３１と、皮膜１２の材料の粉末を収容し、スプレーガン３３に供給する粉末供給装置３２と、加熱された圧縮ガス及びそこに供給された材料粉末を基材に噴射するガスノズル３４と、ガス加熱器３１及び粉末供給装置３２に対する圧縮ガスの供給量をそれぞれ調節するバルブ３５及び３６とを備える。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an outline of a film forming apparatus (cold spray apparatus) by a cold spray method. A
圧縮ガスとしては、ヘリウム、窒素、空気などが使用される。ガス加熱器３１に供給された圧縮ガスは、例えば５０℃以上であって、皮膜１２の材料粉末の融点よりも低い範囲の温度に加熱された後、スプレーガン３３に供給される。圧縮ガスの加熱温度は、好ましくは３００〜９００℃である。
一方、粉末供給装置３２に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置３２内の材料粉末をスプレーガン３３に所定の吐出量となるように供給する。
As the compressed gas, helium, nitrogen, air or the like is used. The compressed gas supplied to the
On the other hand, the compressed gas supplied to the
加熱された圧縮ガスは末広形状をなすガスノズル３４により超音速流（約３４０ｍ／ｓ以上）にされる。この際の圧縮ガスのガス圧力は、１〜５ＭＰａ程度とすることが好ましい。圧縮ガスの圧力をこの程度に調整することにより、基材１１に対する皮膜１２の密着強度の向上を図ることができるからである。より好ましくは、２〜４ＭＰａ程度の圧力で処理すると良い。スプレーガン３３に供給された粉末材料は、この圧縮ガスの超音速流の中への投入により加速され、固相状態のまま、基材１１に高速で衝突して堆積し、皮膜を形成する。なお、材料粉末を基材１１に向けて固相状態で衝突させて皮膜を形成できる装置であれば、図４に示すコールドスプレー装置３０に限定されるものではない。
The heated compressed gas is converted into a supersonic flow (about 340 m / s or more) by the
このコールドスプレー法を行っている間、基材１１に皮膜１２の材料粉末が衝突することにより端部領域１１１に圧縮応力が生じ、塑性変形により主面１１ａ側に伸びが生じる。それにより、図３（ｃ）に示すように、基材１１は、成膜面側（主面１１ａ側）が凸となるように反ってしまう。この際、図５（ａ）に示すように、非成膜面側（主面１１ｂ側）の端部領域１１２にも微量の残留圧縮応力が生じる。なお、図５において、縦軸は基材１１の厚み方向における位置を示し、横軸は基材１１に生じる応力の大きさを示している。
While performing this cold spray method, the material powder of the
続く工程Ｓ１０３において、図３（ｄ）に示すように、基材１１の主面１１ｂに対してブラスト加工を施す。それにより、図５（ｂ）に示すように、ブラスト面側（主面１１ｂ側）の端部領域１１２に圧縮応力を生じさせる。即ち、基材１１の厚み方向においては、図５（ａ）とは逆位相の分布を示す応力が発生することになる。
In subsequent step S103, as shown in FIG. 3D, the
その結果、基材１１には、図５（ｃ）に示すように、成膜面側の端部領域１１１と非成膜面側の端部領域１１２とで互いに釣り合うような分布の残留圧縮応力が蓄積する。このように、端部領域１１１及び端部領域１１２における残留圧縮応力をバランスさせることにより、コールドスプレー時に湾曲した基材１１及びそこに積層した皮膜１２を平板状に戻すことができる。
それにより、図１に示す積層体１が完成する。
As a result, as shown in FIG. 5C, the
Thereby, the
ブラスト加工の加工条件としては、基材１１に衝突させる粒子の材料や径、粒子の噴射圧力、加工時間等が挙げられ、これらの諸加工条件を、基材１１の材料の種類（硬さ）、主面１１ｂに許容される表面粗さ、工程Ｓ１０２の終了時点での基材１１の湾曲の度合い、加工終了時での積層体１に許容される平面度等に応じて適宜設定される。
Examples of the processing conditions for blasting include the material and diameter of the particles that collide with the
なお、ブラスト加工後の基材１１の主面１１ａにおける表面粗さは、一般に、コールドスプレー法による皮膜１２表面における表面粗さと比較して小さいので、ブラスト加工により積層体１の機能に問題が生じることはない。必要であれば、工程Ｓ１０３の後で、基材１１の主面１１ｂや皮膜１２の表面に対して研磨処理を施しても良い。
In addition, since the surface roughness in the
また、工程Ｓ１０３においては、金属、合金、セラミックス、冷却した樹脂材料といった硬質材料の粒子を基材１１の表面に衝突させる表面加工を施すことができれば良い。従って、ブラスト加工以外にも、例えばショットピーニング等の表面処理技術を用いても良い。
Further, in step S103, it is only necessary to perform a surface treatment that causes hard material particles such as metal, alloy, ceramics, and cooled resin material to collide with the surface of the
以上説明したように、実施の形態１によれば、コールドスプレー法により基材１１上に皮膜１２を形成した際に生じた反り等の変形をブラスト加工により矯正するので、緻密で下層との密着度が高いというコールドスプレー法による皮膜１２の特性を生かしつつ、平面度の高い平板状の積層体１を得ることができる。
As described above, according to the first embodiment, since deformation such as warpage generated when the
また、実施の形態１によれば、コールドスプレー法により生じた変形を矯正する際に加熱を行うことがない。このため、基材１１と皮膜１２とが互いに異種の金属又は合金によって形成されている場合であっても、両者の境界面における金属間化合物の生成を抑制することができる。従って、両者間における熱伝導率及び導電率の低下や、積層体１自体の強度の低下を抑制することが可能となる。
Further, according to the first embodiment, heating is not performed when the deformation caused by the cold spray method is corrected. For this reason, even if it is a case where the
また、実施の形態１によれば、コールドスプレー法により生じた変形を補正するための平面研磨等の後工程が不要になる。従って、積層体１の製造工程を簡素化することができる。
Further, according to the first embodiment, a post-process such as planar polishing for correcting deformation caused by the cold spray method becomes unnecessary. Therefore, the manufacturing process of the
また、ブラスト加工においては、加工条件を容易に変更することができるので、基材１１の材料及び形状や、コールドスプレー法により基材１１に生じた変形や、積層体１に要求される平面度等に応じて加工条件を調整することにより、変形の矯正量を任意にコントロールすることが可能となる。従って、例えば、基材にフィン等の３次元的な構造が設けられている場合であっても、ブラスト加工によりフィンの隙間や周囲の平板部分に残留圧縮応力を与えることにより、基材に生じた変形を矯正することが可能となる。
In blasting, since the processing conditions can be easily changed, the material and shape of the
このような積層体１をパワーモジュール等の基板として用いる場合、積層体１における金属間化合物の生成を抑制できることから、積層体１の内部、及び積層体１に設けられる回路部やフィン等の放熱部材との間で良好な伝熱性が得られるので、パワーモジュールにおける放熱性を向上させることが可能となる。また、積層体１における金属間化合物の生成を抑制すると共に、応力集中を抑制することができるので、良好な耐久性を有するパワーモジュールを実現することが可能となる。
When such a
（変形例１）
上記実施の形態１においては、基材１１に生じた変形をブラスト加工により矯正して、主面が平板状の積層体１を作製した。しかしながら、実施の形態１と同様の製造方法により、例えば図６に示すように、皮膜１２側が凸となるように湾曲した積層体を作製することもできる。上述のとおり、ブラスト加工であれば、変形の矯正量を任意にコントロールすることができるので、例えば、実施の形態１の場合よりも粒子の噴射圧力を弱くするか、または、加工時間を短くするなどして基材１１に与える残留圧縮応力を調整し、矯正量を抑制することにより、皮膜１２側が凸となる所望の湾曲を残すことができる。
(Modification 1)
In the first embodiment, the deformation generated in the
（変形例２）
また、別の変形例として、例えば図７に示すように、基材１１側が凸となるように湾曲した積層体を作製しても良い。この場合、例えば、実施の形態１の場合よりもブラスト加工における粒子の噴射圧力を強くするか、または加工時間を長くするなどして基材１１に与える残留圧縮応力を調整し、変形の矯正量を増加させることにより、平板状を通り越して、基材１１側が所望の凸となるように、該基材１１を湾曲させることができる。
(Modification 2)
As another modification, for example, as shown in FIG. 7, a laminated body that is curved so that the
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
実施の形態２に係る積層体は、実施の形態１と同様に、金属又は合金からなる基材上に、金属又は合金からなる皮膜を積層させたものであり、製造方法が実施の形態１とは異なる。図８は、実施の形態２に係る積層体の製造方法を示すフローチャートである。また、図９は、該製造方法における各工程を説明する図である。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
As in the first embodiment, the laminate according to the second embodiment is obtained by laminating a film made of metal or alloy on a base material made of metal or alloy, and the manufacturing method is the same as that of the first embodiment. Is different. FIG. 8 is a flowchart showing the method for manufacturing the laminate according to the second embodiment. Moreover, FIG. 9 is a figure explaining each process in this manufacturing method.
まず、工程Ｓ２０１において、金属又は合金からなる平板の基材２１を用意する。基材１１の種類や形状については実施の形態１と同様である。
First, in step S201, a
続く工程Ｓ２０２において、図９（ａ）に示すように、基材２１の一方の主面２１ａに対してブラスト加工を施す。それにより、図５（ｂ）に示すように、ブラスト面（主面２１ａ）側の端部領域２１１に圧縮応力が発生し、その結果、図９（ｂ）に示すように、主面２１ａ側が凸となるように基材２１が湾曲する。
In subsequent step S202, as shown in FIG. 9A, blasting is performed on one
続く工程Ｓ２０３において、図９（ｃ）に示すように、基材２１のもう一方の主面２１ｂに、コールドスプレー法により所望の厚さの皮膜２２を形成する。なお、コールドスプレー法に用いられる装置や成膜条件については、実施の形態１と同様である。
In subsequent step S203, as shown in FIG. 9C, a
このコールドスプレー法を行っている間、主面２１ｂに皮膜２２の材料粉末が衝突することにより端部領域２１２に圧縮応力が生じ、塑性変形により主面２１ｂ側に伸びが発生する。それにより、図５（ａ）に示すように、非成膜面側（主面２１ａ側）の端部領域２１１にも微量の残留圧縮応力が蓄積する。そこで、図５（ｃ）に示すように、成膜面側と非成膜面側とで残留圧縮応力が互いに釣り合うように、予めブラスト加工によって図５（ｂ）に示すような分布の圧縮応力を基材２１に生じさせておくことにより、基材２１の湾曲を矯正しつつ、皮膜２２を形成することができる。その結果、図９（ｄ）に示すような平板状の積層体２を得ることができる。
While this cold spray method is being performed, the material powder of the
なお、工程Ｓ２０２におけるブラスト加工の加工条件や、基材２１の変形量については、工程Ｓ２０３におけるコールドスプレー法により矯正可能な量に応じて適宜調整すると良い。
The processing conditions for blasting in step S202 and the deformation amount of the
なお、実施の形態２においても、工程Ｓ２０３の後で、必要に応じて基材２１の主面２１ａや皮膜２２の表面に対して研磨処理を施しても良い。
また、実施の形態２においても、工程Ｓ２０２におけるブラスト加工の加工条件を調整することにより、変形例１と同様に、皮膜２２側が凸となるように湾曲した積層体や、変形例２と同様に、基材２１側が凸となるように湾曲した積層体を作製しても良い。
In the second embodiment as well, after the step S203, the
Also in the second embodiment, by adjusting the blasting process conditions in step S202, similarly to the first modification, similarly to the laminated body curved so that the
（実施例）
５０ｍｍ×５０ｍｍ×１.５ｍの銅（Ｃ１０２０）の基材上に、コールドスプレー法により厚さ約１.５ｍｍの銅皮膜を形成した後、非成膜面（銅皮膜の裏側の基材面）にブラスト加工を施した。
(Example)
After a copper film having a thickness of about 1.5 mm is formed on a 50 mm × 50 mm × 1.5 m copper (C1020) base material by a cold spray method, a non-deposition surface (base surface on the back side of the copper coating) The blast processing was given to.
それにより得られた積層体の表面粗さは、以下の通りであった。
銅皮膜表面 ：算術平均面粗さＲａ 約６．５μｍ
十点平均面粗さＲｚ 約４０μｍ
ブラスト面 ：算術平均面粗さＲａ 約３．５μｍ
（非成膜面）：十点平均面粗さＲｚ 約２０μｍ
また、積層体の平面度は０．０３であった。
The surface roughness of the laminate thus obtained was as follows.
Copper film surface: arithmetic average surface roughness Ra about 6.5 μm
Ten-point average surface roughness Rz about 40 μm
Blast surface: Arithmetic average surface roughness Ra about 3.5 μm
(Non-film forming surface): Ten-point average surface roughness Rz about 20 μm
Further, the flatness of the laminate was 0.03.
（比較例）
５０ｍｍ×５０ｍｍ×１.５ｍの銅（Ｃ１０２０）の基材上に、コールドスプレー法により厚さ約１.５ｍｍの銅皮膜を形成した。なお、比較例においては、ブラスト加工は省略した。また、コールドスプレー法における成膜条件は、実施例と同じである。
(Comparative example)
A copper film having a thickness of about 1.5 mm was formed on a 50 mm × 50 mm × 1.5 m copper (C1020) substrate by a cold spray method. In the comparative example, blasting was omitted. The film forming conditions in the cold spray method are the same as those in the example.
それにより得られた積層体の表面粗さは、以下の通りであった。
銅皮膜表面 ：算術平均面粗さＲａ 約６．５μｍ
十点平均面粗さＲｚ 約４０μｍ
非成膜面 ：算術平均面粗さＲａ 約０．２μｍ
（ブラストなし）：十点平均面粗さＲｚ 約３．１μｍ
また、積層体の平面度は０．１０であった。
The surface roughness of the laminate thus obtained was as follows.
Copper film surface: arithmetic average surface roughness Ra about 6.5 μm
Ten-point average surface roughness Rz about 40 μm
Non-deposition surface: Arithmetic average surface roughness Ra about 0.2 μm
(No blasting): Ten-point average surface roughness Rz about 3.1 μm
Further, the flatness of the laminate was 0.10.
上記実施例及び比較例に係る積層体に対してそれぞれエッチングを行い、厚み方向における残留応力を０．０５ｍｍ間隔で測定した。図１０及び図１１は、その結果を示すグラフである。 Etching was performed on each of the laminates according to the examples and comparative examples, and the residual stress in the thickness direction was measured at intervals of 0.05 mm. 10 and 11 are graphs showing the results.
図１０は、実施例に係る積層体におけるＣＳ面の表面からの深さ方向の点、及びブラスト面の表面からの深さ方向の点における応力値を示すグラフである。このうち、図１０（ａ）は、基材の主面の１つの辺に沿った方向（ｘ方向）における平均値を示し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）とは直交する辺に沿った方向（ｙ方向）における平均値を示す。 FIG. 10 is a graph showing stress values at points in the depth direction from the surface of the CS surface and points in the depth direction from the surface of the blast surface in the laminate according to the example. Among these, Fig.10 (a) shows the average value in the direction (x direction) along one edge | side of the main surface of a base material, FIG.10 (b) is an edge | side orthogonal to FIG.10 (a). The average value in the direction along the line (y direction) is shown.
一方、図１１は、変形例に係る積層体におけるＣＳ面の表面からの深さ方向の点、及び非成膜面の表面からの深さ方向の点における応力値を示すグラフである。このうち、図１０（ａ）は、基材の主面の１つの辺に沿った方向（ｘ方向）における平均値を示し、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）とは直交する辺に沿った方向（ｙ方向）における平均値を示す。 On the other hand, FIG. 11 is a graph showing stress values at points in the depth direction from the surface of the CS surface and points in the depth direction from the surface of the non-deposition surface in the laminate according to the modification. Among these, Fig.10 (a) shows the average value in the direction (x direction) along one edge | side of the main surface of a base material, FIG.10 (b) is an edge | side orthogonal to FIG.10 (a). The average value in the direction along the line (y direction) is shown.
図１０及び図１１を比較して明らかなように、実施例の場合、積層体の両面（ＣＳ面、ブラスト面）からの深さが互いに等しい位置同士では応力値の差が少なく、±４０ＭＰａ以内に収まっている。即ち、積層体の両面において、応力値が概ね釣り合っていることがわかる。また、深さに応じた応力値の変化の傾向（増加又は減少）も、積層体の両面において概ね揃っている。 As is clear by comparing FIG. 10 and FIG. 11, in the case of the example, the difference in the stress value is small at positions where the depths from the both surfaces (CS surface, blast surface) of the laminated body are equal to each other, and within ± 40 MPa. Is in the range. That is, it can be seen that the stress values are generally balanced on both sides of the laminate. Moreover, the tendency (increase or decrease) in the change of the stress value according to the depth is generally uniform on both sides of the laminate.
それに対して比較例の場合、積層体の両面（ＣＳ面、非成膜面）からの深さが互いに等しい位置においても応力値の差が大きく、差が±４０ＭＰａを超える位置も存在する。また、深さに応じた応力値の変化の傾向は、積層体の両面において不揃いとなっている。 On the other hand, in the case of the comparative example, the difference in stress value is large even at positions where the depths from the both surfaces (CS surface, non-deposition surface) of the laminate are equal to each other, and there are also positions where the difference exceeds ± 40 MPa. Moreover, the tendency of the change of the stress value according to the depth is uneven on both surfaces of the laminate.
以上の実験結果より、ＣＳ面とは反対側の基材の面にブラスト加工を施して、積層体の厚み方向における圧縮応力を積層体の両面において釣り合わせることにより、積層体の平面度を向上させることができるといえる。 From the above experimental results, the flatness of the laminate is improved by blasting the surface of the substrate opposite to the CS surface and balancing the compressive stress in the thickness direction of the laminate on both sides of the laminate. It can be said that.
１、２ 積層体
１１、２１ 基材
１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ 主面
１２、２２ 皮膜
３０ コールドスプレー装置
３１ ガス加熱器
３２ 粉末供給装置
３３ スプレーガン
３４ ガスノズル
３５、３６ バルブ
１１１、１１２、２１１、２１２ 端部領域
1, 2
Claims (4)
第２の金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記第１の主面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることにより、前記第１の主面上に形成された皮膜と、
を備える２層構造を有し、
前記皮膜の表面側の厚み方向における端部領域は第１の残留圧縮応力を有し、
前記基材の前記第２の主面側の厚み方向における端部領域は第２の残留圧縮応力を有することを特徴とする積層体。 A substrate formed of a first metal or alloy and having first and second major surfaces facing each other;
A film formed on the first main surface by accelerating the powder made of the second metal or alloy together with the gas and spraying and depositing the powder on the first main surface in a solid phase state;
Has a two-layer structure Ru provided with,
The end region in the thickness direction on the surface side of the coating has a first residual compressive stress,
An end region in the thickness direction on the second main surface side of the base material has a second residual compressive stress.
第２の金属又は合金からなる粉末をガスと共に加速し、前記第１の主面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることにより、前記第１の主面上に形成された皮膜と、
を備え、
前記基材の前記第２の主面において、算術平均面粗さは０．２μｍ〜５．０μｍの範囲であり、十点平均面粗さは０．９μｍ〜２２．０μｍの範囲であることを特徴とする積層体。 A substrate formed of a first metal or alloy and having first and second major surfaces facing each other;
A film formed on the first main surface by accelerating the powder made of the second metal or alloy together with the gas and spraying and depositing the powder on the first main surface in a solid phase state;
With
In the second main surface of the substrate, the arithmetic average surface roughness is in the range of 0.2 μm to 5.0 μm, and the ten-point average surface roughness is in the range of 0.9 μm to 22.0 μm. A featured laminate.
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