高性能金属粉末アプリケーションに新たな可能性を提供する、ウィラリ回転電極を使用したGH3536の製造プロセスの研究 - 回転速度

概要：GH3536は、優れた耐食性と高温強度を備えた固溶強化型ニッケル基高温合金です。900℃以下で長時間使用できるため、航空機エンジンの高温側部品の製造に広く使用されています。航空業界の軽量かつ高強度という厳しい要件を満たすために、レーザー積層造形技術によるGH3536合金部品の製造が研究のホットスポットとなっています。

Willari は国内の有名な 3D プリント金属粉末サプライヤーであり、チタン合金や高温合金などの高級材料の研究開発と生産に重点を置いています。 Willariは長年にわたる金属粉末製造技術と新素材開発の蓄積により、完全な独立製造能力を備えた数少ない国内3Dプリント材料メーカーの一つに成長しました。

アンタークティックベアは、ウィラリの研究開発チームが市場の需要に導かれ、 PREPプロセスを使用して積層造形用のGH3536合金粉末を製造したことを知りました。異なる回転速度で製造されたGH3536粉末の粒子サイズは15〜70μmの範囲に集中し、粉末粒子サイズは回転速度の増加とともに徐々に減少することがわかりました（図1）。

図 1 異なる回転速度で調製された粉末の粒度分布図 1 に示すように、ロッドの回転速度は粉末の平均粒子径に影響を与えます。主な理由は、ロッドが高速で回転すると液膜の厚さが小さくなり、末端の液線にかかる遠心力が大きくなり、液線が長くなり、一次粉砕によって形成される小さな液滴が増加し、二次粉砕がより完全に行われるため、粉末の粒子径が小さくなるためです。回転速度が一定以上になると、ロッドの端面に発生した隣接する液滴同士の相互作用や再衝突、付着の可能性が高まるため、粉末の平均粒径をさらに小さくすることは困難となる。

表1 異なる回転速度で調製されたGH3536粉末の総合的な物理的特性表1に示すように、回転速度の増加に伴い、粉末のゆるい密度が徐々に増加し、流動性も向上します。これは主に、ロッドの回転速度の増加により、最終液膜の遠心力が増大し、粉末の粒度分布と粒度分布がより均一になり、最終的に粉末の総合的な物理的特性が向上するためです。

図2 回転速度が粉末形態に与える影響 Willariが主要な粉末製造パラメータを最適化した後に製造したGH3536球状粉末の物理的特性を既存の文献のデータと比較すると（図2） 、流動性、ゆるい密度、粒度分布、球形度などの総合的な物理的特性において大きな利点があることがわかります。第三者による検証では、15-53μmの粉末の球形度は95%以上、中空粉末率は0.05%未満、高密度介在物なし、ホールフローレートは11.6s/50g、嵩密度は5.15g/cm3、タップ密度は5.45g/cm3であり、高性能金属粉末の応用に新たな可能性を提供します。

現在、ウィラリ工場の粉末生産ラインには、電極誘導溶解ガスアトマイゼーション（EIGA）炉9台と真空誘導溶解ガスアトマイゼーション（VIGA）炉10台を含む20台の粉末生産設備があります。注目すべきは、ウィラリには500kgの大型溶解ガス噴霧炉が装備されており、1つの炉で一度に500kgを投入し、1日で1トンの良質の粉末を生産できるという、国内でも他に類を見ない能力を備えていることです。

アンタークティックベアは、ウィラリ第2期生産ラインの粉末生産能力が1,500トンに達すると予想されており、そのうちチタン合金粉末生産ラインが6本から9本に増加し、チタン粉末の生産能力が大幅に増加することを知りました。さらに、VIGAの生産ラインにある既存の設備はすべて500kgの大容量アトマイズ炉にアップグレードされており、これらの措置により、同社の粉末生産能力はさらに拡大します。

高度な生産技術に加え、ウィラリは新素材の研究開発でも大きな進歩を遂げています。最近発売されたA60X高強度アルミ合金印刷テストバーは、熱処理状態で引張強度600MPa以上、降伏強度550MPa以上、伸び率9%以上を常に維持できます。この材料は印刷テストの再現性が良好で、印刷プロセスパラメータウィンドウが大きく、安定した印刷を簡単に実現できます。さらに、A60X は高温性能が優れており、250°C の温度でも一定の強度を保ち、引張強度は 140MPa 以上です。。

△深センformnext展示会でAntarctic BearがWillariに独占インタビュー Willariは高温合金の分野でも画期的な進歩を遂げています。同社が開発したIN738高温合金粉末は、900～950℃の高温環境で使用可能で、GH4169やGH3536などの従来の高温合金グレードよりも性能が優れており、エンジンなどの高温部品への応用に有利である。

高性能金属粉末アプリケーションに新たな可能性を提供する、ウィラリ回転電極を使用したGH3536の製造プロセスの研究 - 回転速度

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