Al合金の電子ビーム積層造形とその相変態カイネティクス

本研究の目的はAl合金を対象とし電子ビーム積層造形（以下、PBF-EB）プロセスにおける、溶融凝固挙動ならびにプロセス中の相変態挙動を明らかにすることである。正常な造形試験片を得るためには、溶融条件最適化に加えて、電子ビーム照射時の粉末の飛散（以下、スモーク現象）を抑制する必要がある。本年度は、溶融条件最適化手法の検証・改良に加えて、組成を振ったAl合金粉末を用いたスモーク現象の粉末組成依存性に関して調査を行った。スモーク現象の発生しやすさは粉末の組成に依存しており、そのスモーク現象の発生しやすさの傾向は粉末電気抵抗を調べることで把握でき、電気抵抗が大きい粉末ほどスモーク現象が発生しやすかった。各粉末の表面構造をオージェ電子分析ならびに透過電子顕微鏡による断面観察により明らかにし、粉末電気抵抗の大きさが酸化被膜の組成と構造に依存していることが分かった。また、Al-Fe合金のPBF-EB造形では、機械学習を用いた条件最適化手法を用いて溶融条件を最適化することで、Al-5mass%FeとAl-10mass%Feの両方で相対密度99.9%を超える欠陥レスの造形試験片を得ることができた。得られた造形試験片の組織を調べたところ、母相が積層方向に強く配向し、微細なAl-Fe化合物相が晶出した組織となっていることが分かった。Feの濃度が大きいほど、晶出物のサイズと量が共に大きくなり、ビッカース硬さも大きくなっていることが分かった。今後、組織の溶融条件依存性を調査することで組織形成挙動を解析していく予定である。スモーク現象に関わる成果を2023年春の日本金属学会講演会で発表している。

本研究の目的はAl合金を対象とし電子ビーム積層造形（以下、PBF-EB）プロセスにおける、溶融凝固挙動ならびにプロセス中の相変態挙動を明らかにすることである。正常な造形試験片を得るためには、溶融条件最適化に加えて、電子ビーム照射時の粉末の飛散（以下、スモーク現象）を抑制する必要がある。本年度は、溶融条件最適化手法の検証・改良に加えて、組成を振ったAl合金粉末を用いたスモーク現象の粉末組成依存性に関して調査を行った。スモーク現象の発生しやすさは粉末の組成に依存しており、そのスモーク現象の発生しやすさの傾向は粉末電気抵抗を調べることで把握でき、電気抵抗が大きい粉末ほどスモーク現象が発生しやすかった。各粉末の表面構造をオージェ電子分析ならびに透過電子顕微鏡による断面観察により明らかにし、粉末電気抵抗の大きさが酸化被膜の組成と構造に依存していることが分かった。また、Al-Fe合金のPBF-EB造形では、機械学習を用いた条件最適化手法を用いて溶融条件を最適化することで、Al-5mass%FeとAl-10mass%Feの両方で相対密度99.9%を超える欠陥レスの造形試験片を得ることができた。得られた造形試験片の組織を調べたところ、母相が積層方向に強く配向し、微細なAl-Fe化合物相が晶出した組織となっていることが分かった。Feの濃度が大きいほど、晶出物のサイズと量が共に大きくなり、ビッカース硬さも大きくなっていることが分かった。今後、組織の溶融条件依存性を調査することで組織形成挙動を解析していく予定である。スモーク現象に関わる成果を2023年春の日本金属学会講演会で発表している。