2023 年度研究成果報告書

Al合金の電子ビーム積層造形とその相変態カイネティクス

研究課題

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研究課題/領域番号	21K03801
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分18020:加工学および生産工学関連
研究機関	東北大学
研究代表者	青柳健大東北大学, 金属材料研究所, 助教 (90636044)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	Additive Manufacturing / Al合金
研究成果の概要	Al合金のPBF-EB造形プロセス実現に向けて、Al合金粉末のスモーク挙動の解析、Al合金造形条件の最適化による欠陥レス造形材の作製、ならびに欠陥レス造形材における材料組織の造形条件依存性評価、凝固後の組織変化挙動の解析を行った。冷却速度を増加させた場合、微細晶出物が集合した領域が積層方向に垂直な層状に形成されることを明らかにし、流速が小さいメルトプール底面近傍の固液共存領域において溶質濃化領域が形成され、そこを核生成サイトとして、過冷却が生じて微細晶出物が形成したと考察した。また、造形ログデータから温度履歴を推定し、凝固後の組織変化挙動をその温度履歴で説明できることが分かった。
自由記述の分野	材料加工、組織制御
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究成果は、金属用3Dプリンタを用いてAl合金を造形する際に、形状だけでなく材料内部の組織を制御するための科学として重要性を持つ。例えば、急速凝固により、従来製法よりも過飽和にAlが固溶した晶出物が形成し、その後の時効で晶出物内部にAlが析出することを明らかにした。また、これまで実例のほぼない電子ビームを熱源に用いた金属用3Dプリンタで種々のAl合金を造形でき、レーザを熱源に用いた金属用3Dプリンタとは異なった組織を有し、造形時の温度履歴からその組織を推定できることを見出した。電子ビーム3DプリンタによるAl合金部材の製造のための基礎的知見として、実用及び社会的にもその意義は大きい。