JP6440553B2 - 金属または合金からなる皮膜の製造方法 - Google Patents

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。

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）。

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）。

特開平０４−３６４８９号公報 特開平０３−１２６８４７号公報 特開平０７−１１３１７５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (4)

1. 金属または合金からなる皮膜の製造方法であって、
   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。
2. 前記皮膜の厚さは３０μｍ以上１０ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の金属または合金からなる皮膜の製造方法。
3. 前記皮膜形成工程は、回転する円柱形状の前記基材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し、
   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。
4. 前記皮膜形成工程は、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皮膜を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の金属または合金からなる皮膜の製造方法。

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