「秘密のソース」により、組成的に傾斜した合金を製造する新しい方法が可能になります

2023 年 7 月 21 日

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エミリー・R・トムリン著、オークリッジ国立研究所

航空、宇宙、エネルギー産業の極限環境で動作する幅広い用途向けの複合金属部品を製造するための新しくユニークな技術の研究は、積層造形の可能性を示しています。

エネルギー省オークリッジ国立研究所の科学者によって開発されたこの技術により、組成的に傾斜した複合部品の設計が可能になります。 これらのコンポーネントは、高強度超合金から極度の高温に耐えられる耐火合金に移行するため、溶接は必要ありません。

超合金と高融点合金は通常、相互に溶接したり接合したりすることができませんが、多くの用途では、部位固有の高温特性と高強度特性を備えた材料が必要です。

「ある合金から別の合金にシームレスに移行する組成を可能にすることができます」と研究を主導する ORNL 材料科学者の Soumya Nag 氏は述べています。 「端から端までグレーディングできる複合部品を調整し、各面で高強度と高温耐性を持たせることができます。」

その秘密は「ソース」にあります。

「それは料理のようなものです。基本的には異なる材料を使用します。では、片側にパスタが多く、反対側にリゾットが多い場合、どうやってパスタからリゾットに継続的に変化させるのですか？パスタからリゾットに進むにつれて材料を変更します。端から端まで、それがまさに私たちがやっていることなのです」とナグ氏は語った。

この場合のソースは、軽量または高温特性を持つ第 3 遷移合金で構成される粉末です。 Nag 氏とチームメンバーは、指向性エネルギー堆積と呼ばれる積層造形法を使用して、不活性アルゴン環境でさまざまな粉末組成を堆積し、途中で堆積速度を変更しました。

ナグ氏によると、ほとんどの構造用途では、腐食性、高温、または放射環境向けのコンポーネントを製造するために単一の合金組成がよく使用されますが、このプロセスは高価であり、性能も犠牲になります。 多種多様な特性を必要とするコンポーネントの場合、異なる材料で作られた溶接部品が製造されることが多く、その結果、急峻な界面が生じ、性能に悪影響を与える可能性があります。

最新の研究では、科学者らはニッケルベースの合金であるインコネル 718 とニオブベースの合金である C103 の粉末を使用しました。 これらの合金（一方は強度が高く、もう一方は高温耐性）は結合することを好まず、結合すると亀裂が発生する傾向があります。 しかし、粉末吹き込み指向性エネルギー堆積ビーム装置を使用し、粉末の流れる速度を変更することで、科学者は接合された金属の組成を変更して、両方の有益な特性を持たせることができます。