選択的レーザー溶融法による高融点金属タングステンの製造

寄稿者: 王星麗祥張航

タングステン（W）は、最も高い融点を持つ高融点金属として、高密度、高熱伝導率、高再結晶温度、低熱膨張、常温および高温での高強度と高硬度など、多くの独特な物理的および化学的特性を備えています。そのため、タングステンは航空宇宙、原子力産業、軍事産業などで広く使用されています。一般的に、従来の製造方法では複雑な形状の部品を製造することは困難です。選択的レーザー溶融法（SLM）は、複雑な形状の部品を製造する際に生産の柔軟性を備えており、産業用途に大きな可能性を秘めています[1]。

Chaolin Tanら[2]は、レーザー線エネルギー密度（η）がSLM試料の焼結成形性、密度、機械的特性に大きな影響を与えることを発見した。図1(a)～(f)は、異なる線エネルギー密度で生成されたサンプルの水平断面から撮影された代表的な画像を示しています。 η 0.5～3.7 J/mm の範囲では、η3 = 0.667 J/mm の方が焼結成形性と性能が優れています。 η3で製造されたサンプルは、最大密度19.01 ± 0.02 g/cm3を達成した。

図 1 は、異なる線エネルギー (J/mm) で SLM によって生成された純タングステンの水平断面の細孔の光学顕微鏡写真を示しています: (a) η1 = 0.500、(b) η2 = 0.625、(c) η3 = 0.667、(d) η4 = 0.750、(e) η5 = 0.833、(f) η6 = 1.000、(g) アルキメデス密度と実際の密度図 2 は、レーザー線エネルギー密度が微小硬度に与える影響を示しています。サンプルの微小硬度は約 445 ～ 467 HV0.05 です。 η5サンプルの硬度が最も高く、η3サンプルとη5サンプルの両方の硬度が460 HV 0.05を超えています。 SLM によって準備されたタングステンサンプルは、従来の方法で処理されたタングステン (通常 320 ～ 400 HV) と比較して優れた硬度を示しました。その理由は、SLM で製造されたタングステンの残留応力が比較的大きいためです。多数の亀裂や高密度の気孔がない場合、SLM 処理された部品の適度なレベルの残留応力により、転位強化と硬度向上が発生する可能性があります。

図 2 SLM で作製された純タングステンの微小硬度に対するレーザー線エネルギー密度の影響。研究結果によると、レーザー処理パラメータを最適化すると、SLM で製造された部品の性能と密度を効果的に向上できることがわかります。この研究は、付加製造における高融点金属の応用に関する新たな知見を提供します。

参考文献:
Xuhui Zi、Chao Chen、Xiaojun Wang、Pengwei Wang、Xiaoyong Zhang、et al. 選択的レーザー溶融のための無線周波数プラズマによるタングステン粉末の球状化、Materials Science and Technology · 2017 年 12 月。
Chaolin Tan、Kesong Zhou、Wenyou Ma、Bonnie Attard、他「高性能純タングステンの選択的レーザー溶融：パラメータ設計、緻密化挙動および機械的特性」、先端材料科学技術、19:1、370-380

寄稿者: 王星麗祥、張航寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点実験室

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