PolyU の研究者が DED 積層造形により Ti 合金を開発

Dec 30, 2023

2023年7月31日

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香港理工大学 (PolyU) の工学科学者は、RMIT 大学およびシドニー大学と協力して、積層造形技術を利用して、チタン合金の製造で直面する品質と廃棄物管理の課題に取り組んできました。 「積層造形による強くて延性のあるチタン・酸素・鉄合金」と題された彼らの研究成果が、最近『Nature』誌に掲載されました。

研究チームは積層造形を利用して、強力で延性があり、持続可能な新しい合金、α-β Ti-O-Fe 合金を作成しました。 これらの特性は、α-β 相チタン合金の 2 つの最も強力な安定化元素および強化元素である、安価で豊富な酸素と鉄を組み込むことによって実現されます。 この新しいチタン合金は、航空宇宙工学、海洋工学、家庭用電化製品、生物医学機器などの多様な用途への可能性を秘めています。

著者らは次のように述べています。「AM プロセスの選択に関して、レーザー金属粉末指向性エネルギー堆積 (DED) を選択しました。これは、高忠実度のシミュレーションの助けを借りて、一貫した精度で大規模なニアネットシェイプ部品の製造を可能にします」微細構造。」

報告によると、この新しいチタン合金は、1954 年に配合され、広く使用されているベンチマーク材料である Ti-6AI-4V に匹敵する優れた機械的性能、高強度、および同等の延性を示します。

鋳造などの伝統的な製造方法を使用して新しいチタン合金を製造することもできますが、得られる材料の特性が劣るため、実際の工学には適さない可能性があります。 一方、積層造形は、従来の製造方法に伴うこれらの制限を克服し、合金の特性を改善すると報告されています。

クロールプロセスは通常、チタン合金の製造に使用されますが、エネルギーを大量に消費し、グレード外のスポンジチタンが生成されます。 この廃棄物はスポンジチタン全体の約10％を占め、大量の廃棄物と製造コストの増加をもたらします。 しかし、Additive Manufacturing は、グレード外のスポンジ チタンのリサイクルを可能にすることで効果的な解決策を提供します。 この技術は廃棄物を粉末にして原料として使用することで、廃棄物と生産コストを削減します。

Zibin Chen博士は次のように述べています。 これにより、産業の材料コストとエネルギーコストの両方が大幅に削減され、環境の持続可能性と二酸化炭素排出量の削減に貢献できます。」

この研究では、合金設計、計算シミュレーション、および実験的特性評価を統合して、新しいチタン合金 (α-β Ti-O-Fe 合金) の積層造形プロセス、微細構造、特性空間を調査します。

この研究では、積層造形により複雑で機能的な金属部品をワンステップで製造できるため、製品開発が加速され、コストが削減されることが強調されています。 さらに、この技術は、従来の方法では達成できない独自の構造と組成を備えた金属部品を製造できます。

積層造形により金属合金の微細構造を調整し、強度、柔軟性、耐腐食性、耐水性を向上させることができます。 さらに、軽量かつ強度に優れ、複雑な模様の金属部品を作成することも可能です。 この研究の進歩は、積層造形によって促進される、持続可能で総合的な材料設計戦略に新たな機会をもたらす可能性があります。

Keith KC Chan 教授は、「この研究は、3D プリントを使用して特性を強化し、適用範囲を拡大する他の金属合金のモデルまたはベンチマークとして機能する可能性があります。 金属 3D プリンティングは新興分野であり、材料製造に広く採用されるまでには時間がかかるでしょう。」

www.polyu.edu.hk

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