超硬合金（サーメット）の積層造形とラティス構造化

• Project/Area Number: 19F19754
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Review Section: Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 小橋 真 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90225483)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): MARTIN VILARDELL ANNA 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2019-11-08 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2020: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2019: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000)
• Keywords: 鉄アルミニウム金属間化合物 / レーザ / 積層造形 / サーメット / 超硬合金 / 微視組織

Outline of Research at the Start

積層造形により超硬合金（サーメット）を造形するための材料開発および基礎研究を実施する。複数の元素（例えばTi,C,Fe,Al）から構成される原料粉末の圧粉体にレーザを一方向に走査した状態で照射する。この時、レーザ照射部分の微視組織を観察し、硬質相（例えばTiC）の状態や結合相（例えばFeAl）の状態などを評価し、レーザ照射条件（出力と走査速度）の関係を明らかにする。また、残留気孔とレーザ照射条件の影響や硬さ試験も実施する。

Outline of Annual Research Achievements

金属/セラミックス複合材料の一種である超硬合金（サーメット）は、難加工性であるため用途展開が単純形状品に限定されていた。しかしながら、もし、サーメットに複雑形状を付与できれば、内部冷却構造を持つ金型や高耐摩耗軸受部品など、様々な用途展開が広がる。本研究では、Additive Manufacturing(AM)技術による超硬合金の3D造形技術を開発に必要な基礎研究を実施した。AM技術として、レーザー加熱粉末床溶融結合法を用いた。硬質相であるセラミック粉末と結合相である金属粉末を混合し、レーザを照射した後に、その微視組織を観察することにより、レーザー加熱条件（出力・走査速度）と微視組織の関係を明らかにした。
SPS放電加工機により製造したサーメット焼結体にレーザを照射して、微視組織の変化を調査した。走査速度とレーザ出力を変化させてレーザー照射を実施し、レーザ加熱後の微視組織に及ぼす影響を観察した。レーザ出力が小さいほど、かつ、レーザ走査速度が速いほど、微視組織に及ぼす影響は小さかった。さらに、入熱条件（エネルギー密度）をパラメータとして設定し、組織上の特徴を評価した。エネルギー密度がが小さすぎると原料粉末を固化できないが、大きすぎると原料粉末の形状が変化する現象が見られた。固相粒子が融解したものと考えられる。原料粉末を積層造形に好ましい状態にするために調整も行った（混合方法の検討）。レーザ走査速度範囲、レーザ出力範囲など様々な実験パラメータの影響を調査した。WC/Co超硬合金とTiC/FeAlサーメットをサンプルとして用い熱影響部の組織を系統的に明らかにした。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。