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

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K03792
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 清水 透 東京電機大学, 理工学部, 特別専任教授 (60357217)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡利 久規 東京電機大学, 理工学部, 教授 (90210971)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 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

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。

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。

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。