| 研究課題/領域番号 |
20K04168
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18010:材料力学および機械材料関連
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| 研究機関 | 摂南大学 |
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研究代表者 |
池田 周之 摂南大学, 理工学部, 教授 (50845724)
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| 研究分担者 |
三宅 修吾 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (60743953)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | Ti-6Al-4V / 純Al / 粉末 / 圧粉成形 / 焼結 / HIP / 粉末冶金 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
金属粉末積層造形（AM；Additive Manufacturing）の普及に伴い、特に航空機部品、医療用インプラントなどにおいてチタン合金粉末の需要が急増している。しかしながら、AMで利用できるのは小粒径（チタン合金の場合は45μm以下）に限られており、大粒径粉末を用いた部品製造技術は実用化されていない。本研究では汎用チタン合金として使用量が圧倒的に多いTi-6Al-4V合金の大粒径粉末（45μm以上）を対象に最適な添加合金成分と超急冷HIP法による組織制御指針を明確化する。
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| 研究実績の概要 |
本研究ではAl元素のチタン合金粉末（Ti-6Al-4V）への高温での拡散挙動およびチタン合金粉末の合体、結晶粒成長の抑制効果を解明すると共に、実証実験によりチタン合金（Ti-6Al-4V）の粉末焼結の短時間化、低コスト化に向けた焼結プロセスの確立を目的とする。2022年度は前年度までと同じ大阪チタニウムテクノロジーズ社製TILOP64粉末（Ti-6Al-4V合金）およびCPT粉末（純チタン粉末）を供試材として使用し、（１）室温での圧粉成型において密度の向上（空隙率の減少）と（２）1000℃前後の２相域（α＋β域）、β単相域での大気雰囲気での高温焼結について検討した。
（１）圧粉体密度向上についてはCPT粉末（純チタン粉末）、純Al粉末6%添加、室温、600MPaでの空隙率を約12%が得られ、同一条件下での昨年度の約22%よりも大きく向上することが可能になった。TILOP64粉末（Ti-6Al-4V合金）については室温、600MPaで純Al粉末添加量をパラメータにして実験を行った結果、純Al粉末13%の添加で空隙率が20%以下となり良好な圧粉成形体の作製に成功した。また、金型の荷重伝達を工夫することで密度だけでなく再現性とプロセス時間の短縮も実現できた。
（２）大気雰囲気での高温焼結は室温で作製した圧粉成形体を純チタンカプセルに加圧封入する方法に成功したが、より簡便なガラス系潤滑材で被覆し大気遮断する方法では加熱中の酸化が防止できなかった。Al元素の拡散挙動についてはSEM/EPMAにより焼結体の断面観察を行い、チタン粉末の粒界でのみ拡散反応が起きており、チタン粉末を覆うように金属間化合物が生成することが確認された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2022年度は、予定していた（１）室温での圧粉成型において密度の向上（空隙率の減少）について新しい金型を考案して純Al粉末添加量、圧力をパラメータにして純Al粉末の塑性変形と供試材の充填率（密度）を定量的に評価した。また（２）大気雰囲気での高温焼結について純チタンカプセルへの加圧封入により酸化を防止でき、チタン粉末の粒界での拡散メカニズムをSEM観察により明らかにした。
以上の様に、当初の計画通りに進捗しており、本研究で検討している技術の課題を抽出すると共に優位性を活かした開発指針を得ることができた。従って、「おおむね順調に進展している」と自己評価することとした。
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| 今後の研究の推進方策 |
一般的にチタン合金粉末は真空あるいはAr雰囲気で焼結されるが、これまでの研究から純Al粉末の添加することにより大気中でのプロセスで焼結できる可能性があることがわかった。2023年度は量産プロセスのコスト低下を第一目標に（１）金属箔による大気遮断と（２）より低コストなガラス等の無機材料コーティングによる大気遮断を検討する。2023年度は本研究の最終年度であり、これまで得られた知見をまとめる。
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