上海交通大学の呉国華教授のチームは、マグネシウム希土類合金アークヒューズの付加製造において重要な研究進歩を遂げた。

上海交通大学の呉国華教授のチームは、マグネシウム希土類合金アークヒューズの付加製造において重要な研究進歩を遂げた。
出典: 上海交通大学材料科学工学部

最近、上海交通大学国家軽合金精密成形工学研究センターの呉国華教授率いる研究チームは、オーストラリアのロイヤルメルボルン工科大学のマーク・A・イーストン教授、上海理工大学の孫明博士と共同で、マグネシウム希土類(Mg-RE)合金アークヒューズの積層造形で重要な研究進歩を遂げました。研究成果は、積層造形分野のトップ国際誌であるAdditive Manufacturingに「準指向性エネルギー堆積法で製造されたMg-Y-RE-Zr合金の微細構造進化と強化メカニズム」というタイトルで掲載されました。この論文は、Mg-RE合金アークヒューズの積層造形に関してAdditive Manufacturingに掲載された最初の論文でもあります。博士課程の学生 Tong Xin 氏が論文の第一著者であり、Wu Guohua 教授と Zhang Liang 准研究員が共同責任著者である。この研究は中国国家自然科学基金の資金提供を受けた。


Mg-RE 合金は、密度が低く、比強度と剛性が高く、耐熱性に優れており、航空宇宙の軽量化の分野で幅広い応用が期待されています。しかし、大型で複雑な Mg-RE 合金部品を製造する従来の鋳造プロセスでは、製造サイクルが長い、材料利用率が低い、鋳造欠陥が発生しやすいなどの問題があり、Mg-RE 合金の広範な応用が著しく制限されています。積層造形法は、合金粉末やワイヤーを溶かして金属部品を層ごとに積層する技術です。製造サイクルが短く、積層部品の機械的特性が高いという特徴があります。現在、Mg-RE合金の積層造形に関する研究は、主にレーザー粉末床溶融結合法(PBF-LB)に焦点を当てています。しかし、希土類元素の強い化学活性と合金粉末の大きな比表面積により、PBF-LBを使用してMg-RE合金を製造すると、希土類酸化物介在物が形成されやすく、部品の機械的特性が著しく低下します。したがって、高活性 Mg-RE 合金の積層造形に関する研究を実施し、積層造形プロセス中の Mg-RE 合金の微細構造の進化と欠陥形成の関連メカニズムを調査することが急務となっています。

ウー・グオフア教授のチームは、付加製造されたMg-RE合金が深刻な酸化介在物によって強度と可塑性が不十分であるという現在の問題に対応して、アークヒューズ付加製造(DED-Arc)技術によってMg-4Y-3RE-0.5Zr合金を革新的に製造しました。大径ワイヤの使用と高周波パルスACアークの陰極洗浄効果により、酸化介在物の含有量が効果的に減少しました。堆積された部品の介在物含有量はPBF-LB合金のわずか5%であり、現在の付加製造されたMg-RE合金の深刻な希土類酸化のボトルネックを打破しました。研究チームは、複数の熱サイクル曲線と異なる堆積層の微細構造特性に基づいて、アーク積層造形中のMg-Y-RE-Zr合金の相変化挙動をさらに明らかにし、DED-アークプロセス中のMg-Y-RE-Zr合金の微細構造と欠陥の進化モデルを構築し、アークヒューズ積層造形マグネシウム希土類合金の強化および靭性化メカニズムを提案しました。この研究は、マグネシウム希土類合金アークヒューズ添加剤の冶金欠陥制御と強化および靭性の協調制御に対する理論的サポートを提供します。

近年、丁文江院士の強力なサポートを受けて、呉国華教授のチームは高性能マグネシウム希土類合金の開発、製造、成形において一連の独創的な研究成果を達成し、マグネシウム希土類合金の応用促進に重要な貢献をしました。

図 1 DED-Arc 成形 WE43 合金と報告されている PBF-LB 成形 WE43 合金の微細構造の比較図 2 DED-Arc 成形 WE43 合金の酸化物介在物と空隙欠陥の分布図 3 異なる積層造形プロセスで成形された WE43 合金の酸化物介在物と空隙欠陥の比較図 4 DED-Arc 成形 WE43 合金の層間微細粒ゾーン図 5 DED-Arc 成形 WE43 合金の異なる堆積層の強化相の析出挙動図 6 DED-Arc 成形中の WE43 合金の微細構造の変化図 7 DED-Arc 成形 WE43 合金の層間微細粒ゾーンの形成メカニズム
マグネシウム希土類合金アーク

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