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名古屋大学によると、軽量で強度が高いことで知られるアルミニウムは、高温になると強度が低下するという。このため、エンジン、タービン、および高温条件下でも部品の強度を維持する必要があるその他の用途での使用は制限されています。名古屋大学の研究者らは、金属3Dプリンティングを利用して、高強度と耐熱性を最適化した新しいアルミニウム合金シリーズを作成する方法を開発した。すべての新しい合金は、低コストで豊富な元素を使用しており、リサイクルしやすく、ある合金は 300°C で強度と柔軟性を維持します。研究というのは、 Nature Communications に掲載されました。
「デザインは鉄を中心にしていますが、冶金学者は通常、金属を脆く腐食しやすくするため、アルミニウムに鉄を加えません」と筆頭著者で名古屋大学大学院工学研究科教授の高田直樹氏は語る。 「金属3Dプリンティング技術の代表的なプロセスであるレーザー粉体層融合における極端な冷却速度により、溶融金属は数秒で凝固します。これは基本的なルールを変えます。急速な冷却により、鉄や他の元素が通常の製造条件では形成できない配置（準安定相の形成）に閉じ込められます。添加する元素を慎重に選択することで、耐熱性と強度を兼ね備えた新しい合金を作成しました。」
研究者らは、どの元素がアルミニウムマトリックスを強化し、どの元素が保護用のマイクロまたはナノ構造を形成するかを予測する系統的な方法を開発した。彼らは、銅、マンガン、チタンを含む新しい合金を作成することでこれらの予測をテストし、電子顕微鏡で結果を確認しました。
最高のパフォーマンスを発揮する合金には、アルミニウム、鉄、マンガン、チタン (Al-Fe-Mn-Ti) が含まれており、高温での強度と室温での柔軟性を組み合わせることで、他のすべての 3D プリント アルミニウム素材よりも優れています。
「私たちの方法は、3Dプリントでの急速凝固中に元素がどのように挙動するかについて確立された科学的原理に基づいており、他の金属にも適用できます。また、この合金は、製造中にひび割れや反りが頻繁に発生する従来の高強度アルミニウムよりも3Dプリントが容易であることも証明されました」と高田教授は述べた。
新しい材料により、コンプレッサーローターやタービン部品など、高温で動作する部品の軽量アルミニウム部品が可能になる可能性がある。車両が軽いほど、燃料消費量が減り、排出ガスも少なくなります。
航空機エンジンには軽量性と耐熱性を兼ね備えた材料が必要なため、航空宇宙産業にも恩恵がもたらされる可能性があります。この研究は、これらの用途を超えて、特に 3D プリンティング向けに新しいクラスの金属を設計するためのフレームワークを提供し、複数の業界にわたる開発を加速する可能性を備えています。
#名古屋の研究者が高性能アルミニウム部品を3Dプリント