材料研究ニュース | 李文亜教授が「コールドスプレー+」複合付加製造技術に関するレビュー論文を発表

出典: マテリアルマイクロライフ

このほど、西北工業大学材料科学工学部陝西省摩擦溶接工学技術重点研究室の李文亜教授が、溶接分野における3大SCIジャーナルの一つであり、最もインパクトファクターが高い（IF: 1.936）『溶接・接合の科学と技術』に「『コールドスプレー+』は新たなハイブリッド積層造形技術である：文献レビュー」（DOI: 10.1080/13621718.2019.1603851）と題するレビュー論文を発表した。

コールドスプレー法は、金属（または金属系複合材）コーティング（またはバルク材料）の高品質な作製を実現できる固体ラピッドプロトタイピング技術です。近年では、固体積層造形、非鉄金属の直接接合などにも利用されています。しかし、コールドスプレー堆積物の固有の特性である可塑性が低いため、一部の産業分野ではその応用が制限されます。そのため、コールドスプレーと他の加工技術を組み合わせて、コールドスプレー堆積物の強度と可塑性を向上させる方法が生まれました。コールドスプレー技術と他の加工技術の相互応用により、新しい方向性が開かれ、従来の加工と製造の含意が拡大しました。

このレビューは、李文亜教授のチームの研究結果に焦点を当て、コールドスプレー堆積物の界面における冶金結合の弱さと可塑性の低さという科学的問題を議論し解決することを目指しています。コールドスプレーの固有の堆積特性、すなわち、各粒子が激しい塑性変形と堆積を経てコーティングを形成するため、粒子界面の結合は機械的結合が支配的であり、冶金的結合はわずかであるため、コールドスプレー堆積物の可塑性は低くなります。この科学的問題に対応するため、李文亜教授は「コールドスプレー+」という概念を提唱しました。これは、コールドスプレー複合材の熱処理後、レーザー、ショットピーニング、摩擦攪拌加工、熱間圧延、熱間静水圧プレスなどの加工製造技術により、堆積界面の冶金結合を強化し、堆積物の強度と可塑性を向上させるというものです。同時に、強化コーティングとしてのコールドスプレーコーティングは、摩擦攪拌溶接、ろう付け、溶融溶接継手の強度と可塑性を向上させると同時に、コーティングされた基材の疲労寿命を大幅に向上させます。関連研究成果：私たちの研究グループは20件以上のSCI論文を発表しています。

図1. コールドスプレー法で作製できる材料の種類とガス温度による堆積効率への影響（ほとんどの材料は堆積効率を90%以上に調整可能）
図2. コールドスプレーは銅とアルミニウムを直接接合します（接合強度はアルミニウム母材の80%に達します）

図3.摩擦撹拌接合/処理（FSW/P）は、コールドスプレーされたAA2024/Al2O3金属マトリックス複合堆積物の強度と可塑性を向上させます。

図4. コールドスプレーコーティングにより、攪拌摩擦溶接されたAA2024ジョイントの強度と可塑性が向上します（ショットピーニング効果SPEと熱効果HFEが連携して作用し、SPEは主に強度向上に寄与し、HFEは主に可塑性向上に寄与します）

このレビューのハイライトは次のとおりです。
1 コールドスプレー固体積層造形技術は、金属材料、複合材料、多層材料などの堆積物を製造でき、また、従来の溶融溶接に代わる非鉄金属の直接接合も可能です。
2 コールドスプレーを他の加工・製造技術と組み合わせることで、コールドスプレー堆積物の強度と可塑性を向上させることができます。
3 コールドスプレーを他の技術と組み合わせることで、コールドスプレー技術の産業応用が加速しました。

李文亜博士は、西北工業大学材料科学工学部の教授であり、陝西省摩擦溶接工学技術重点実験室の所長です。 1998年から2005年にかけて、西安交通大学でそれぞれ学士号、修士号、博士号を取得しました。 2005年から2007年まで、フランスのベルフォール・モンベリアール工科大学で博士研究員として勤務した。彼は2007年からノースウェスタン工科大学の材料科学工学部に勤務し、2011年に教授に昇進しました。彼は長年にわたり、摩擦溶接およびコールドスプレー装置の開発、プロセスの最適化、微細構造および機械的特性の特性評価、およびプロセスの数値シミュレーションの研究に取り組んできました。主にInter Mater Rev、Acta Mater、Corros Sci、J Alloy Compd、Appl Surf Sci、Surf Coat Technolなどを含む220件以上のSCI索引論文が出版されています。 2008年に国家自然科学賞準賞（第4位）、2017年に陝西省科学技術賞準賞（第1位）を受賞。彼は現在、国際溶接学会の圧力溶接委員会の摩擦溶接部門の共同議長であり、SCI ジャーナル J Mater Sci Technol および Sci Technol Weld Join の編集委員を務めています。

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