Understanding of microstructure and shape memory characteristics of SLM Ti-Nb alloys

点击翻译按钮获取中文摘要

Ti-Nb合金は新たな生体用形状記憶合金，超弾性合金として，医療分野での実用展開が期待されているが、加工性が低いという課題がある。一方で、近年、注目を集めるレーザ積層造形プロセスは、難加工材であっても、従来プロセスでは不可能な複雑形状を作製することが可能である。そこで、本研究ではTi-Nb合金の製造プロセスとしてのレーザ積層造形プロセスに着目し、レーザ条件や熱処理条件が、造形材の組織や形状記憶特性へ与える影響を明らかにすることを目的としている。2022年度は引き続き、レーザ条件が、Ti-Nb造形体の造形組織、熱処理後の組織、および超弾性挙動に与える影響について、調査を進めた。いずれの条件においても、試料の組成相はほぼβ相のみで構成されていたが、結晶粒界に少量のα相が観察され、エネルギー密度の減少に伴い、α相の析出量が低下した。また、結晶粒径も大きくなる傾向が認められた。 造形まま材と比較し溶体化処理材では、α相析出量の増加が認められ、結晶粒界だけでなく結晶粒内にも析出が認められた。サイクル引張試験により、いずれの造形条件においても、超弾性挙動ことを確認できたが、明確な応力誘起マルテンサイト相変態点は確認できなかった。エネルギー密度が増加するにつれて、超弾性回復ひずみは低下する傾向があることが明らかとなった。計測された室温での超弾性回復ひずみは最大0.32％となり、鋳造材のそれと比較し、1/4程度であった。造形材の化学分析結果と対応させると、試験片中の酸素濃度が高いことがこの要因の一つではないかと推察された。また、二元系Ti-X合金(Xには他金属)の組成と造形条件の相関について、高効率に調査することを目的に、TiおよびXの組成比を(100%, 0%)から(0%, 100%)まで、シームレスに変化させつつ造形する手法の開発を行った。