インコネル718をセラミックナノファイバーで強化！ MIT、積層造形用の高性能超合金粉末を開発

この投稿は warrior bear によって 2023-6-4 21:41 に最後に編集されました。

2023年6月4日、Antarctic Bearは、MITのエンジニアチームが、金属PBF積層造形プロセス用のセラミックナノファイバー強化インコネル718材料を準備するシンプルで安価な方法を報告したことを知りました。研究チームは、セラミックナノワイヤを使用して3Dプリントされた金属粉末を強化する方法は、他の多くの材料の改良にも使用できると考えています。航空宇宙やエネルギー生産における多くの重要な用途の主要材料は、高温や引張応力などの極端な条件に破損なく耐えることができなければなりません。そのため、MIT が開発したこの新しいタイプの強化高温合金は、航空宇宙などの需要の高い分野で幅広い応用が期待できます。
「極限環境に適した材料の開発は常に差し迫ったニーズであり、このアプローチは将来的に他の材料にも大きな可能性を秘めていると考えています」と、バテルエネルギーアライアンスの原子力工学教授であり、MITの材料科学工学部（DMSE）の教授であるジュ・リー氏は言う。
この研究は、4月5日に「ナノカーバイドとシリサイドのその場形成による積層造形されたインコネル718の強化」と題された論文で、Additive Manufacturing誌に掲載された。材料研究研究所（MRL）所属のリー氏は、この論文の3人の責任著者の1人である。他の2人の責任著者は、マサチューセッツ大学アマースト校のウェン・チェン教授とMIT機械工学部のA・ジョン・ハート教授である。
関連論文リンク: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221486042300091X?via%3Dihub=
△論文画像の概要この論文の共同筆頭著者は、MIT 原子力科学工学部 (NSE) のポスドク Emre Teko ğ lu 氏と Alexander O'Brien 氏、NSE 大学院生 Alexander D. O'Brien 氏、マサチューセッツ大学アマースト校の Jian Liu 氏です。他の著者は、MIT DMSE のポスドク研究員 Baoming Wang、イスタンブール工科大学の Sina Kavak、MRL 研究スペシャリスト Yong Zhang、DMSE 大学院生 So Yeon Kim、NSE 大学院生 Shitong Wang、イスタンブール工科大学の Duygu Agaogullari です。この研究は、MIT エネルギーイニシアティブ、国立科学財団、および ARPA-E を通じて Eni SpA によってサポートされました。 △研究論文の共同筆頭著者は（左から右へ）：マサチューセッツ大学アマースト校のJian Liu氏、マサチューセッツ工科大学のEmre Tekoğlu氏とAlexander O'Brien氏。
パフォーマンスの向上<br /> 研究チームのアプローチは、摂氏700度（華氏約1,300度）などの極端な条件に耐える必要のある積層造形アプリケーションで使用される一般的な「超合金」であるインコネル718という材料に基づいています。研究チームは、市販のインコネル718粉末を少量のセラミックナノファイバーとともに粉砕した結果、ナノセラミックがインコネル粒子の表面に均一にコーティングされたと記している。
得られた粉末は、レーザー粉末床溶融結合法によって部品を製造するために使用されます。研究者らは、新しい粉末で作られた部品は、インコネル 718 のみで作られた部品よりも多孔性と亀裂が大幅に少ないことを発見した。その結果、部品の強度が大幅に向上し、他の多くの利点も得られます。たとえば、より延性があり、伸縮性があり、放射線や高温負荷に対する耐性が優れています。
「また、強化プロセス自体は高価ではなく、既存の3Dプリンターに適応可能です」とLi氏は言う。「当社の粉末を使用するだけで、より良いパフォーマンスが得られます。」
この研究には関わっていない香港中文大学の助教授、宋旭氏は次のようにコメントしている。「この論文では、セラミックナノファイバーで強化されたインコネル718金属マトリックス複合材料を印刷する新しい方法を提案しました。レーザー溶融プロセスによるセラミックのその場溶解により、インコネル718の耐熱性と強度が向上しました。さらに、その場での強化により、粒径が小さくなり、欠陥がなくなりました。高反射銅の改質や高温合金の破壊抑制など、将来の金属合金の3D印刷は、この技術から明らかに恩恵を受けることができます。」
△ MIT 研究チームは、航空宇宙および原子力発電用途向けの主要な強化材料を準備するためのシンプルで安価な方法を報告しました。この写真の印刷された基板上の「ビーバー」やその他の形状は、新しい技術を使用して作成されました。写真提供: アレクサンダー・オブライエン
巨大な新しいスペース
リー教授は次のように述べた。「この研究は、合金設計に新たな大きな可能性を開く可能性があります。なぜなら、3Dプリントされた極薄金属合金層の冷却速度は、従来の溶融凝固プロセスを使用して作られたバルク部品の冷却速度よりもはるかに速いからです。したがって、鋳造に適用される多くの化学組成ルールは、この種の3Dプリントには適用されないようです。したがって、セラミックが添加されたベースメタルの組成空間はより広く探索できることになります。」
研究論文の主執筆者の一人であるエムレ・テコグル氏は次のように付け加えた。「この組成は私たちが最初に設計したものの一つなので、実際にこのような結果が得られてとても興奮しています。まだ探求の余地はたくさんあります。私たちは今後も新しいインコネル複合材料の配合を探求し、最終的にはさらに過酷な環境にも耐えられる材料を開発していきます。」
もう一人の主執筆者であるアレクサンダー・オブライエン氏は次のように結論付けている。「3D プリントによって可能になった精度と拡張性は、材料設計の新たな可能性の世界を切り開きます。ここでの私たちの成果は、原子力、航空宇宙、そしてすべてのエネルギー生産のための将来の材料設計に大きな影響を与えることは間違いないプロセスにおける刺激的な初期ステップです。」

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