SLM法で作製したCoCrFeNiTi高エントロピー合金の機械的特性

SLM法で作製したCoCrFeNiTi高エントロピー合金の機械的特性
寄稿者: 王星麗祥、張航 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点実験室

高エントロピー合金 (HEA) は、5 つ以上の元素が 5% から 35% の等モル濃度またはほぼ等モル濃度で含まれる合金です。 HEA は、耐腐食性、耐酸化性、耐摩耗性が高く、機械的特性も優れています。しかし、HEA の本質的な複雑さにより、均質な合金部品、特に大型部品の製造は困難です。アーク溶解や誘導溶解などの従来の方法を使用する場合、HEA の均質性を確保するために複数の物理的な再溶解ステップが必要になります。さらに、これらの合金を複雑な形状の部品に加工することは困難です。そのため、選択的レーザー溶融法 (SLM) や電子ビーム溶融法 (EBM) などの積層造形法 (AM) への関心が高まっています。

日立マテリアル研究開発グループテクノロジーセンターの藤枝忠司氏らは、選択的レーザー溶融法(SLM)と電子ビーム溶融法(EBM)によるCoCrFeNiTiベースの高エントロピー合金の作製を研究しました。この研究では、SLM中の冷却速度が速いほど、目に見える偏析のない細かく均一な微細組織が得られることがわかりました(図1を参照)。EBMサンプルでは、​​NiとTiが分離して球状の形態を形成しました。 SLM サンプルの粒子の柱状化の程度は EBM サンプルのそれよりも弱く、粒子は等軸になる傾向があり、SLM サンプルの結晶異方性も EBM サンプルのそれよりも弱いです。さらに、SLM 試験片の粒径は EBM 試験片の粒径よりもはるかに小さくなります。 (図2参照)これは溶融池の熱勾配(G)と凝固速度(R)の比率が異なるためです。SLMのG/RはEBMよりもはるかに低く、SLMの凝固速度は速くなります。

SLM 試験片の引張特性は EBM 試験片よりもはるかに優れており、延性も向上しています。SLM 試験片の破断伸びは EBM 試験片の 6 倍です。これは、SLM 試験片の組成が均一であり、破壊の原因となる球状微細構造を持つ Ni3Ti 金属間化合物が存在しないためです。


図1 走査透過電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分光法(STEM-EDS)による元素マッピング。(a)はEBMサンプル、(b)はSLMサンプル。

図2 (a) EBMサンプルの逆極点図、(b) SLMサンプルの逆極点図、(c) EBMサンプルの極点図、(d) SLM

図3 室温でのSLMおよびEBM試験片の引張応力-ひずみ曲線 参考文献:
藤枝 正、陳 美川、白鳥 浩、他選択的レーザー溶融法で製造したCoCrFeNiTi系高エントロピー合金添加剤の機械的性質と腐食特性[J]、Additive Manufacturing、2019(25):412-420。
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