マサチューセッツ工科大学の技術者チームは、金属 PBF 積層造形プロセスで使用するセラミック ナノファイバー強化インコネル 718 材料を調製する簡単で安価な方法を報告しています。 研究チームは、3Dプリントした金属粉末をセラミックナノワイヤーで強化する方法は、他の多くの材料の改良にも使用できると考えている。 航空宇宙およびエネルギー生産における多くの重要な用途の主要な材料は、高温や引張応力などの極端な条件に破損することなく耐えることができなければなりません。 したがって、MIT によって開発されたこの新しい強化超合金は、航空宇宙分野などの要求の厳しい分野で幅広い用途があります。
「極限環境により適した材料の開発は、常に私たちにとって緊急の必要性であり、このアプローチは将来他の材料にも影響を与えると考えています」とバテル・エネルギー・アライアンスの原子力工学教授でありマサチューセッツ工科大学工学部教授のジュ・リー氏は述べた。材料科学および工学 (DMSE)。 大きな可能性がある。」
この研究は、材料研究所 (MRL) の Li 氏による「ナノカーバイドおよびシリサイドの現場形成による積層造形インコネル 718 の強化」というタイトルの論文として、Additive Manufacturing の 4 月 5 日号に掲載されました。 彼はこの論文の責任著者 3 人のうちの 1 人です。 他の2人の責任著者は、マサチューセッツ大学アマースト校のChen Wen教授とマサチューセッツ工科大学機械工学科のA. John Hart教授です。
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関連論文へのリンク:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S221486042300091X?パーセント 3Dihub 経由=
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△紙の写真まとめ
この論文の共同筆頭著者は、MIT 原子力科学工学部 (NSE) の博士研究員である Emre Tekoğlu 氏と Alexander O'Brien 氏です。 アレクサンダー・D・オブライエン、NSE大学院生。 そしてアマースト大学のリュー氏。 健康。 他の著者は、MIT の DMSE ポスドクである Baoming Wang です。 イスタンブール工科大学のシナ・カバク氏。 MRL研究員Yong Zhang氏。 DMSE 大学院生 So Yeon Kim 氏。 NSE 大学院生の王 Shitong 氏。 とイスタンブール工科大学のドゥイグ・アガオグラリ氏。 この研究は、MIT エネルギー イニシアチブ、国立科学財団、ARPA-E を通じて Eni SpA によって支援されました。
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△研究論文の共同筆頭著者は（左から右へ）マサチューセッツ大学アマースト校のJian Liu氏、マサチューセッツ工科大学のエムレ・テコール氏とアレクサンダー・オブライエン氏です。
よりよい性能
研究チームの手法は、摂氏700度（華氏約1,300度）などの極限条件に耐える必要がある積層造形用途で使用される人気の「超合金」であるインコネル718材料に基づいている。 研究チームは、市販のインコネル 718 粉末を少量のセラミック ナノファイバーとともに粉砕し、インコネル粒子の表面にナノセラミックの均一なコーティングが得られたと書いています。
得られた粉末は、レーザー粉末床融合による部品の製造に使用されます。 研究者らは、新しい粉末で作られた部品は、インコネル 718 のみで作られた部品よりも気孔や亀裂が大幅に少ないことを発見しました。 これにより、部品の強度が大幅に向上し、他の多くの利点も得られます。 たとえば、延性や伸縮性が高く、放射線や高温負荷に対する耐性が優れています。
「また、強化プロセス自体は安価で、既存の 3D プリンターで動作します。当社のパウダーを使用するだけで、より優れたパフォーマンスが得られます。」と Li 氏は言いました。
この研究には関与していない香港中文大学の徐松助教授は、「この論文で著者らは、セラミックナノファイバーで強化されたニッケル基合金718金属マトリックス複合材料を印刷するための新しい方法を提案している。レーザー溶解プロセスにより、セラミックのその場での溶解により、インコネル 718 の耐熱性と強度が向上します。さらに、その場での強化により、粒径が小さくなり、欠陥が排除されます。 -銅の反射性と超合金の破壊防止、すべてがこの技術から明らかに恩恵を受けることができます。」
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△マサチューセッツ工科大学の研究チームは、航空宇宙および原子力発電用途のための主要な強化材料を調製するための簡単で安価な方法を報告しています。 この写真のプリント基板上の「ビーバー」などの形状は、新しい技術を使用して作成されました。 写真提供者: アレクサンダー・オブライエン
巨大な新しい空間
リー教授は、「この研究は、合金設計に大きな新たな領域を開く可能性がある。なぜなら、極薄の3Dプリント金属合金層は、従来の溶融凝固プロセスを使用して製造されたバルク部品よりもはるかに速く冷却できるためである。したがって、化学組成規則の多くは、鋳造に適用する方法は、この種の 3D プリンティングには適用できないようです。したがって、セラミックに卑金属を追加することを検討するための、はるかに大きな組成スペースがあります。」
研究論文の筆頭著者の一人であるエムレ・テコール氏は、「この構図は私たちが設計した最初のものの一つなので、現実の世界でこれらの結果を達成できるのは非常にエキサイティングだ。まだ探求の余地がたくさんある」と付け加えた。新しいインコネル複合配合により、より過酷な環境に耐えられる材料の開発がついに可能になりました。」
もう一人の筆頭著者であるアレクサンダー・オブライエンは、次のように結論付けています。「3D プリンティングによって可能になる精度と拡張性は、材料設計の新たな可能性の世界を開きます。ここでの私たちの結果は、プロセスにおけるエキサイティングな初期段階であり、今後の世界に大きな影響を与えることは確実です」将来の原子力、航空宇宙、あらゆるエネルギー生産の設計。
