ニッケル基単結晶高温合金の3Dプリント

ニッケル基単結晶高温合金の3Dプリント
著者: 徐文亮、陸忠亮

ニッケル基単結晶高温合金は、航空宇宙分野などの重要な材料であり、高温部品の製造に使用されます。現在、これらの部品の製造プロセスは主に方向性凝固精密鋳造に基づいています。金属3Dプリンティング技術にとって、単結晶構造の連続成長を実現できるかどうかは大きな課題です。これまでの研究では、3Dプリント技術の積層原理を単結晶基板(ガスタービンのタービンブレードなど)の修復に主に利用してきました。現在では、単結晶構造を複数層形成することが可能です。最近、フランスのグルノーブル大学の研究者らは、電子ビーム選択溶融技術を使用し、プロセス条件を厳密に制御することで、より大きな体積の単結晶構造を持つニッケルベースの高温合金の製造に成功しました。


図 1 準備されたサンプル: (a) サンプルのマクロ形態 (サイズ 23×23×30 mm)、(b) サンプルの最上層の断面形態、(c) デンドライト形態。研究者によると、この研究の成功の秘訣は、合金の溶融および凝固プロセスを制御するために正確なプロセスパラメータを使用したことです。研究者たちは、なぜこのプロセスで単結晶が生成できるのかについては、まだ詳細な分析が必要だと考えています。暫定的には、使用されたスキャン戦略が粒子の成長に選択的な効果をもたらし、それによって単結晶の作成が可能になると考えられています。図 1 からわかるように、作製したブロックサンプルの上部縦断面では、デンドライトは細かく、亀裂などの明らかな欠陥もなく、連続的に成長しています。図2はサンプル縦断面の結晶配向解析結果を示しており、サンプル下部では柱状結晶が方向性を持って成長していること、またプロセス条件により外表面に単結晶が形成されていないことが分かるが、上半分の中央部分は単結晶構造となっている。

図2 サンプル縦断面の結晶方位分析。この研究は、より大容量のニッケル基高温合金単結晶構造の3Dプリントに画期的な進歩をもたらし、3Dプリント技術を使用して単結晶高温合金部品を製造することを可能にしました。これは、航空宇宙などの分野での高温部品の製造における3Dプリント技術のさらなる応用にとって大きな意義があります。しかし、現在公表されている実験結果から判断すると、高性能で複雑な構造の単結晶高温合金部品を形成するために 3D プリンティングを使用するには、さらなる研究が必要です。

参考文献
K. Gnanasekaran、T. Heijmans、S. van Bennekom、H. Woldhuis、S. Wijnia、G. de With、H. Friedrich。溶融堆積モデリングによるCNTおよびグラフェンベースの導電性ポリマーナノ複合材料の3Dプリント。Applied Materials Today 9 (2017) 21–28。
https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2352940717300586

原著者: Xu Wenliang、Lu Zhongliang 協力者: 機械製造システム工学国家重点研究室

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