焼結型金属三次元積層造形技術によるTiAl系合金造形と造形・焼結現象の解明

使用烧结金属三维增材制造技术阐明 TiAl 基合金成形和成形/烧结现象

基本信息

批准号：
21K03792
负责人：
清水透
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo Denki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

CP-Ti、Ti系合金（６Al4V）、TiAl金属間化合物のFFFプロセスによる3次元積層造形を行った。造形では、すでに開発を終了しているバインダーを用いてフィラメントを作成し、造形を行った。その結果、FFF方式造形でもMIM相当の金属粉含有率（50vol％）のグリーン体の造形がが可能であることが確認できた。さらに、溶媒脱脂実験をおこなった。ジクロロメタン、アブゾール(商品名)等でバインダー中の低融点成分がほぼ抽出できることを確認した。マグネシウムによる水分除去フィルター、低酸素分圧発生装置を組み合わせて焼結炉を構成し、超低酸素分圧下での焼結準備をおこなった。構成した炉において、加熱実験を行ったところ、水分除去フィルターのみでも1150℃で10-19atm、さらに低酸素分圧発生装置を用いることにより、1150℃で10-24atmの低酸素分圧を発生できることが確認できた。ちなみに、Tiは1150℃では10-22atm以下で還元が可能となる。上記焼結炉を用いて、CP-Ti、Ti系合金試験片の焼結処理を行った。またTiAl金属間化合物試験片焼結の調整を行った。その結果、CP-Ti、Ti合金においては1150℃という低温焼結でも4時間以上の保持時間で90%を超える焼結体密度の達成できる事が確認できた。CP-Ti,Ti合金焼結製品の機械的強度を評価した。CP-Tiで延性域までの伸び、標準的な強度(400MPa）を達成した。Ti合金においては弾性域で破断し、十分な強度（800MPa）までは到達しなかった。これは、Ti合金にはAl6%が含まれて酸化性が高く、焼結時に十分に酸素除去ができなかったためと考えられる。そのため、酸素除去操作の再検討を行い、さらにAｌ含有率の高い,TiAl合金の焼結実験に臨む必要があると考える。

使用 FFF 工艺对 CP-Ti、钛基合金 (6Al4V) 和 TiAl 金属间化合物进行三维增材制造。为了建模，使用已经开发的粘合剂来创建细丝。结果，我们能够确认使用 FFF 方法可以打印金属粉末含量相当于 MIM（50 vol%）的生坯。此外，还进行了溶剂脱脂实验。经证实，粘合剂中的大部分低熔点成分可以使用二氯甲烷、Absol（商品名）等萃取。采用镁除水过滤器和低氧分压发生器相结合构建烧结炉，为超低氧分压烧结做好准备。当我们在配置的炉子中进行加热实验时，我们发现仅使用除水过滤器可以在1150℃下产生10-19 atm的低氧分压，而使用除水过滤器可以在1150℃下产生10-24 atm的低氧分压。确认了低氧分压发生器。顺便提及，Ti可以在1150℃下还原至10-22atm以下。使用上述烧结炉，烧结CP-Ti和Ti基合金试件。我们还调整了 TiAl 金属间化合物样品的烧结。结果证实，对于CP-Ti和Ti合金，即使在1150℃的低温下烧结并保持4小时以上的时间，也可以实现超过90％的烧结体密度。对CP-Ti、Ti合金烧结制品的机械强度进行了评价。使用 CP-Ti，我们实现了延展性范围的伸长率和标准强度 (400MPa)。 Ti合金在弹性范围内断裂，未达到足够的强度（800 MPa）。这被认为是因为Ti合金含有6%的Al并且具有高氧化性，并且在烧结期间不能充分地除去氧。因此，我们认为有必要重新考虑脱氧操作，并对高Al含量的TiAl合金进行烧结实验。