JP6440553B2 - Method for producing a film made of metal or alloy - Google Patents
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Description
本発明は、金属または合金からなる金属膜の製造方法および金属または合金からなる金属膜に関する。 The present invention relates to a method for producing a metal film made of a metal or an alloy and a metal film made of a metal or an alloy.
従来、銅等の金属箔は、圧延法や電解法により製造されている。電解法とは、不溶性金属製の陽極と、表面を鏡面研磨された円筒状の金属製陰極ドラムとの間に電解液を流し、陽極と陰極ドラムの間に電位を与えることにより陰極ドラム上に金属を電着させ、所定厚となった金属を剥離する方法である(例えば、特許文献1および2参照)。 Conventionally, metal foils, such as copper, are manufactured by the rolling method and the electrolytic method. In the electrolysis method, an electrolytic solution is passed between an anode made of insoluble metal and a cylindrical metal cathode drum whose surface is mirror-polished, and an electric potential is applied between the anode and the cathode drum. In this method, the metal is electrodeposited and the metal having a predetermined thickness is peeled off (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
また、高分子フィルム支持体上に、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、メッキ法等により金属膜を形成した後、高分子フィルム支持体を溶解等により除去して金属箔を形成する技術も開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, after forming a metal film on the polymer film support by sputtering, vacuum deposition, ion plating, plating, etc., the polymer film support is removed by dissolution or the like to form a metal foil. A technique is also disclosed (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、圧延法では展性が高い金属種の金属箔しか得ることはできない。また、特許文献1および2に記載の電解法でも多くの種類の金属箔が製造されているものの、すべての金属または合金種の金属箔を製造するシステムは構築されていない。
However, only a metal foil having a high malleability can be obtained by the rolling method. Further, although many types of metal foils are manufactured by the electrolysis methods described in
特許文献3に記載の技術では、種々の方法により多くの金属種の金属箔を形成できるものの、高分子フィルムを除去する工程が長いという問題を有するほか、スパッタや蒸着法により金属膜を形成する場合、所定厚の金属膜を形成するのに長い時間を要する。 Although the technique described in Patent Document 3 can form a metal foil of many types of metal by various methods, it has a problem that the process of removing the polymer film is long, and a metal film is formed by sputtering or vapor deposition. In this case, it takes a long time to form a metal film having a predetermined thickness.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、種々の金属または合金種の金属箔を簡易に製造可能な金属または合金からなる金属膜の製造方法および金属または合金からなる金属膜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 provides a method for producing a metal film made of a metal or an alloy and a metal film made of a metal or an alloy, which can easily produce metal foils of various metals or alloy types. The purpose is to do.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る金属または合金からなる金属膜の製造方法は、表面粗さが0.1〜30μmである金属または合金からなる基材の表面に、金属膜の材料である金属または合金の粉末をガスと共に加速し、固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記基材から前記金属膜を剥離する剥離工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the method for producing a metal film made of a metal or alloy according to the present invention comprises a surface of a base material made of a metal or alloy having a surface roughness of 0.1 to 30 μm. A metal film forming step of forming a metal film by accelerating a metal or alloy powder, which is a material of the metal film, together with a gas, and spraying and depositing the powder in a solid phase state; and And a peeling step for peeling.
また、本発明に係る金属または合金からなる金属膜の製造方法材は、上記発明において、前記金属膜の厚さは30μm以上10cm以下であることを特徴とする。 Moreover, the method for producing a metal film comprising a metal or alloy according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the thickness of the metal film is 30 μm or more and 10 cm or less.
また、本発明に係る金属または合金からなる金属膜の製造方法材は、上記発明において、前記金属膜形成工程は、回転する円柱形状の前記基材に金属膜の材料である金属または合金の粉末をガスと共に加速し、固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって金属膜を形成し、前記基材から剥離した前記金属膜を巻き取りロールにて連続的に巻き取ることを特徴とする。 Moreover, the method for producing a metal film comprising a metal or an alloy according to the present invention is the metal film or alloy powder according to the above invention, wherein the metal film forming step is a metal film material on the rotating cylindrical base material. The metal film is formed by accelerating the gas together with the gas, sprayed and deposited in the solid state, and continuously winding the metal film peeled off from the substrate with a winding roll.
また、本発明に係る金属または合金からなる金属膜または金属板の製造方法材は、前記金属膜形成工程は、前記ガスおよび前記金属又は合金の粉末を噴射するガスノズルを、前記基材の表面に対して垂直方向から45°傾けた状態で、前記金属又は合金の粉末を噴射して前記金属膜を形成することを特徴とする。 Further, in the method for producing a metal film or metal plate made of a metal or alloy according to the present invention, in the metal film forming step, a gas nozzle for injecting the gas and the metal or alloy powder is formed on the surface of the substrate. In contrast, the metal film is formed by spraying the metal or alloy powder in a state inclined by 45 ° from the vertical direction.
また、本発明に係る金属または合金からなる金属膜は、上記のいずれか一つに記載の金属または合金からなる金属膜の製造方法により製造されたことを特徴とする。 A metal film made of a metal or an alloy according to the present invention is manufactured by the method for manufacturing a metal film made of a metal or an alloy according to any one of the above.
本発明に係る金属または合金からなる金属膜の製造方法は、コールドスプレー法、すなわち、金属膜の材料となる金属または合金の粉末をガスと共に加速し、所定の表面粗さの基材表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって金属膜を形成するので、その後の剥離工程で基材から金属膜を容易に剥離することができる。また、コールドスプレー法により金属膜を形成するため、偏析や結晶方位の偏りが少なく、結晶粒が微細な金属膜を得ることができる。さらに、本発明では、成膜速度が速いため、膜厚が厚い金属膜についても短時間で製造可能となる。 The method for producing a metal film made of a metal or alloy according to the present invention is a cold spray method, that is, a metal or alloy powder used as a material of a metal film is accelerated together with a gas to be fixed on a substrate surface having a predetermined surface roughness. Since the metal film is formed by spraying and depositing in the phase state, the metal film can be easily peeled from the substrate in the subsequent peeling step. In addition, since the metal film is formed by a cold spray method, a metal film with a small crystal grain can be obtained with less segregation and deviation in crystal orientation. Furthermore, in the present invention, since the film formation rate is high, a metal film having a large film thickness can be manufactured in a short time.
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)
本発明に係る金属または合金からなる金属膜の製造方法は、表面粗さが0.1〜30μmである金属または合金からなる基材の表面に、金属膜の材料である金属または合金の粉末をガスと共に加速し、固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって金属膜を形成する金属膜形成工程と、前記基材から前記金属膜を剥離する剥離工程と、を含む。
(Embodiment)
In the method for producing a metal film made of a metal or alloy according to the present invention, a metal or alloy powder that is a material of the metal film is applied to the surface of a substrate made of a metal or alloy having a surface roughness of 0.1 to 30 μm. It includes a metal film forming step for forming a metal film by accelerating with gas and spraying and depositing in a solid state, and a peeling step for peeling the metal film from the substrate.
まず、金属膜形成工程から説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る金属または合金からなる金属膜の製造に使用するコールドスプレー装置の概要を示す模式図である。 First, the metal film forming process will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a cold spray apparatus used for manufacturing a metal film made of a metal or an alloy according to an embodiment of the present invention.
図1に示すコールドスプレー装置10は、圧縮ガスを加熱するガス加熱器11と、金属膜の材料である金属または合金粉末を収容し、スプレーガン13に供給する粉末供給装置12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14と、ガス加熱器11及び粉末供給装置12に対する圧縮ガスの供給量をそれぞれ調節するバルブ15及び16とを備える。
A
図1に示すようなコールドスプレー装置10において、ガスノズル14からガス加熱器11で加熱された圧縮ガスとともに金属膜の材料粉末を基材2の表面に固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって金属膜1を形成する。図1において、ガスノズル14は、基材2の表面に対して垂直方向から材料粉末を噴射しているが、ガスノズル14は、基材2の表面に対して傾けた状態で材料粉末を基材2に噴射してもよい。ガスノズル14は、基材2に対して垂直方向から45°まで傾けた状態で噴射可能である。コールドスプレー装置10により形成された金属膜1は、圧延により製造されたものより結晶方位の偏りを小さくできるが、ガスノズル14を傾けた状態で材料粉末を基材2に噴射して金属膜1を形成した場合、積層方向とその後の圧下方向に傾きを持たせることができるので、圧延性をより向上することができる。
In the
図1に示すようなコールドスプレー装置10において、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11に供給された圧縮ガスは、例えば50℃以上であって、金属膜1の材料粉末である金属または合金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13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12に供給された圧縮ガスは、粉末供給装置12内の材料粉末をスプレーガン13に所定の吐出量となるように供給する。
In the
加熱された圧縮ガスは末広形状をなすガスノズル14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。圧縮ガスの圧力および温度をこの程度に調整することにより、基材2に対する金属膜1の密着強度および金属膜1の密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、3〜5MPa程度の圧力で処理すると良い。スプレーガン13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2上に高速で衝突して堆積し、金属膜1を形成する。なお、材料粉末を基材2に向けて固相状態で衝突させて金属膜1を形成できる装置であれば、図1に示すコールドスプレー装置10に限定されるものではない。
The heated compressed gas is made a supersonic flow (about 340 m / s or more) by the
上記のコールドスプレー装置10により金属膜1が形成される基材2の表面粗さ(Ra)は、0.1〜30μmである。基材2の表面粗さ(Ra)を0.1〜30μmとすることにより、基材2から金属膜1を容易に剥離することができる。表面粗さが0.1〜30μmの基材2は、基材2の表面をブラストや研磨等により前記範囲の表面粗さとして使用すればよい。あるいは、表面粗さが0.1〜30μmとなる金属メッシュ等を使用することもできる。
The surface roughness (Ra) of the
基材2を構成する材料は限定されるものではないが、剥離性の観点から、金属膜1の材料粉末である金属または合金と同等またはそれ以上の硬度の材料からなる基材2を使用することが好ましい。
Although the material which comprises the
金属膜1の材料である金属または合金の粉末は、平均粒径が10μm〜150μmであるものを好適に使用することができる。平均粒径が20μm〜150μmの場合、流動性がよく、入手も容易となる。また、金属膜1を構成する材料は限定されるものではないが、マグネシウムまたはマグネシウム合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金が好適に使用できる。特に、マグネシウムまたはマグネシウム合金からなる金属膜は、偏析があり、粗大な結晶粒である鋳物材料を圧延して製造する場合、成形加工の際割れ等が起こりやすいが、本発明の方法によれば、成形加工が容易なマグネシウムまたはマグネシウム合金からなる金属膜を得ることができる。 As the metal or alloy powder that is the material of the metal film 1, one having an average particle diameter of 10 μm to 150 μm can be preferably used. When the average particle size is 20 μm to 150 μm, the fluidity is good and the acquisition is easy. Moreover, although the material which comprises the metal film 1 is not limited, Magnesium or magnesium alloy, aluminum or aluminum alloy, copper or copper alloy can be used conveniently. In particular, a metal film made of magnesium or a magnesium alloy has segregation, and when it is produced by rolling a casting material that is coarse crystal grains, cracks and the like are likely to occur during molding, but according to the method of the present invention, A metal film made of magnesium or a magnesium alloy that can be easily molded can be obtained.
金属膜形成工程後、基材2から金属膜1を剥離する剥離工程を行う。基材2からの金属膜1の剥離は、基材2を固定した状態で基材2の端部上の金属膜1を保持して引きはがせばよい。本実施の形態では、金属膜1が積層される基材2の表面は0.1〜30μmの表面粗さ(Ra)であるため、基材2から金属膜1を容易に引きはがすことができる。基材2の表面粗さが0.1μm以下の場合、基材2上に金属膜1を成膜中に剥離する場合があり、30μm以上の場合は成膜後に円滑に剥離ができない場合がある。なお、金属膜1が積層されない基材2の表面粗さはこれに限定されるものではない。
After the metal film forming process, a peeling process for peeling the metal film 1 from the
コールドスプレー装置10では、金属膜1の厚さは任意の厚さに調製可能であるが、金属膜1の取扱い性や基材2からの剥離性の観点から、金属膜1の厚さは30μm以上10cm以下であることが好ましい。また、上記のようにして製造した金属膜1を、必要に応じて圧延を行い、金属膜1の厚さを調整してもよい。基材2から剥離した金属膜1を圧延することにより金属膜1の厚さの公差をそろえることができる。
In the
また、本発明にかかる金属または合金からなる金属膜は、連続的に製造することもできる。図2は、本発明の実施の形態の変形例1に係る金属または合金からなる金属膜の製造を説明する模式図である。 Moreover, the metal film which consists of a metal or alloy concerning this invention can also be manufactured continuously. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the production of a metal film made of a metal or an alloy according to Modification 1 of the embodiment of the present invention.
図2に示すように、円柱形状の基材ロール2Bを円柱の中心軸を回転軸として回転しながら、回転する円柱形状の基材2Bの側面にコールドスプレー装置10により金属膜1Bを形成し、得られた金属膜1Bを巻取ロール5で巻き取ることにより金属膜1Bを連続的に製造することができる。実施の形態と同様に、基材2Bの側面の表面粗さを0.1〜30μmとすることにより、基材2Bから金属膜1Bを容易に剥離することができる。
As shown in FIG. 2, the
また、図3に示すように、基材ロール2Bと巻取ロール6との間に焼鈍炉6を設けてもよい。図3は、本発明の実施の形態の変形例2に係る金属または合金からなる金属膜の製造を説明する模式図である。コールドスプレー装置10により回転する基材ロール2Bの側面に形成した金属膜1Bを巻取ロール5で巻き取りながら焼鈍炉6で焼鈍を行うことで、金属膜1Bの加工歪みを除去した金属膜1Cとすることができ、巻き取りが容易となる。
Further, as shown in FIG. 3, an annealing furnace 6 may be provided between the
また、薄膜状の基材を回転ロール上に供給することにより、連続的に金属膜を製造することもできる。図4は、本発明の実施の形態の変形例3に係る金属または合金からなる金属膜の製造を説明する模式図である。図4に示すように、表面粗さ(Ra)が0.1〜30μmの膜状の基材2Dを基材供給ロール4から回転ロール7に供給し、回転ロール7上の表面粗さ(Ra)が0.1〜30μmである基材2D上にコールドスプレー装置10により金属膜1Dを形成する。金属膜1Dが形成された基材2Dは、基材巻取ロール8に搬送され、金属膜1Dが剥離された後、巻き取られる。基材2Dから剥離された金属膜1Dは、巻取ロール5により巻き取られる。なお、図4においても、基材巻取ロール8と巻取ロール5との間に、図3に示す焼鈍炉6を設けてもよい。
Moreover, a metal film can also be continuously manufactured by supplying a thin film-like base material on a rotating roll. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the manufacture of a metal film made of a metal or alloy according to Modification 3 of the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, a film-
1、1B、1C 金属膜
2、2D 基材
2B 基材ロール
4 基材供給ロール
5 巻取ロール
6 焼鈍炉
7 回転ロール
8 基材巻取ロール
10 コールドスプレー装置
11 ガス加熱器
12 粉末供給装置
13 スプレーガン
14 ガスノズル
15 バルブ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
表面粗さが0.1〜30μmである金属または合金からなる基材の表面に、皮膜の材料である金属または合金の粉末をガスと共に加速し、固相状態のままで吹き付けて堆積させることによって皮膜を形成する皮膜形成工程と、
前記基材から前記皮膜を剥離する剥離工程と、
を含み、
前記金属または合金は、マグネシウムまたはマグネシウム合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金であることを特徴とする金属または合金からなる皮膜の製造方法。 A method of manufacturing a skin layer made of a metal or alloy,
On the surface of the substrate on which the surface roughness is made of a metal or alloy is 0.1 to 3 0 .mu.m, a metal or alloy powder which is the material of the skin layer is accelerated together with the gas, is deposited by spraying remains in solid state skin and film forming step of forming a skin layer by,
A separation step of separating the skin layer from the substrate,
Only including,
The metal or alloy, a manufacturing method of the skin layer made of a metal or alloy which is a magnesium or magnesium alloy, aluminum or aluminum alloy, copper or a copper alloy.
前記基材から剥離した前記皮膜を巻き取りロールにて連続的に巻き取ることを特徴とする請求項1または2に記載の金属または合金からなる皮膜の製造方法。 The skin layer forming step, a metal or alloy powder which is the material of the skin layer is accelerated together with the gas, a skin layer is formed by depositing by blowing while the solid state to the substrate of cylindrical rotating ,
Method for producing a skin layer made of a metal or an alloy according to claim 1 or 2, characterized in that taking continuously wound in exfoliated winding roll the skin layer from the substrate.
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