焼結型金属三次元積層造形技術によるTiAl系合金造形と造形・焼結現象の解明
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21K03792
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
清水 透 東京電機大学, 理工学部, 特別専任教授 (60357217)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡利 久規 東京電機大学, 理工学部, 教授 (90210971)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | CP-Ti / Ti合金 / TiAl金属間化合物 / FFF方式 / ３Dプリンタ / 超低酸素分圧焼結 / TiAl合金 / 焼結 / 三次元積層造形 / 低酸素分圧 / ３Dプリンティング / チタン系合金 / 低酸素分圧焼結 |
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| Outline of Research at the Start |
FFF/FDM（ノズルから造形素材を吐出して積み上げる方式の三次元積層造形技術）により金属コンパウンドを積層し造形・焼結する積層造形技術(AM技術）を確立し、チタン合金およびTiAl金属間化合物のAM技術を実施する。造形には既存のFFFシステムを改良して行う。しかし、TiAl系合金は酸化性が高く高品位での焼結が困難である。そのため、超低酸素分圧での焼結が可能な超低酸素分圧炉を開発し、良好な焼結が困難なこれらの合金を高品質で積層造形・焼結する技術を確立する。最終的にTiAl系合金AM造形可能な条件を明らかにし、さらに、超低酸素分圧雰囲気での焼結の有用性、工業利用の可能性についても明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
CP-Ti、Ti系合金（６Al4V）、TiAl金属間化合物のFFFプロセスによる3次元積層造形を行った。造形では、すでに開発を終了しているバインダーを用いてフィラメントを作成し、造形を行った。その結果、FFF方式造形でもMIM相当の金属粉含有率（50vol％）のグリーン体の造形がが可能であることが確認できた。さらに、溶媒脱脂実験をおこなった。ジクロロメタン、アブゾール(商品名)等でバインダー中の低融点成分がほぼ抽出できることを確認した。
マグネシウムによる水分除去フィルター、低酸素分圧発生装置を組み合わせて焼結炉を構成し、超低酸素分圧下での焼結準備をおこなった。構成した炉において、加熱実験を行ったところ、水分除去フィルターのみでも1150℃で10-19atm、さらに低酸素分圧発生装置を用いることにより、1150℃で10-24atmの低酸素分圧を発生できることが確認できた。ちなみに、Tiは1150℃では10-22atm以下で還元が可能となる。
上記焼結炉を用いて、CP-Ti、Ti系合金試験片の焼結処理を行った。またTiAl金属間化合物試験片焼結の調整を行った。その結果、CP-Ti、Ti合金においては1150℃という低温焼結でも4時間以上の保持時間で90%を超える焼結体密度の達成できる事が確認できた。
CP-Ti,Ti合金焼結製品の機械的強度を評価した。CP-Tiで延性域までの伸び、標準的な強度(400MPa）を達成した。Ti合金においては弾性域で破断し、十分な強度（800MPa）までは到達しなかった。これは、Ti合金にはAl6%が含まれて酸化性が高く、焼結時に十分に酸素除去ができなかったためと考えられる。そのため、酸素除去操作の再検討を行い、さらにAｌ含有率の高い,TiAl合金の焼結実験に臨む必要があると考える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
焼結試験片の準備は順調に行うことができたが、超低酸素分圧発生装置の調達が遅れたため、焼結実験において遅れが生じた。また、発生することができる酸素分圧も、所有する炉の気密性等の問題等により想定より高くなってしまっている。このことにより、TiAl金属間化合物の焼結まで行えていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）低酸素分圧発生のために不活性ガスの循環化を試みる、2)残留水蒸気からの分解酸素による酸素分圧を抑制するために微量の水素添加を行う、などの操作をおこなうことを考えている。このことにより、TiA合金焼結、Ti合金焼結の高品質化を追求する。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
