Establishment of the technique to consolidate powder into three-dimensional shape by the shearing plastic deformation

剪切塑性变形将粉末固结成三维形状的技术的建立

• 批准号: 19K22042
• 负责人: 三木 寛之
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Ishinomaki Senshu University (2022)Tohoku University (2019-2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-06-28 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K22042/
• 关键词: 構造・機能材料; 機械材料・材料力学; 粉末プロセス; 表面・界面物性; 材料設計

本課題は金属粉あるいは金属などの固体材料の混合粉に圧縮荷重を与えた状態で圧縮荷重とは異なる方向にせん断力を加えることにより、原料粉末同士の接合（固化）と成形体内の結晶粒の微細化が同時に可能となる成形手法の高度化に関する研究である。この粉末固化手法は、従来のレーザー加熱や衝撃などの高エネルギー加工プロセスとは異なり、２軸応力を連続して付与することにより粉体を溶融せずに固化する特徴を有することが特徴であるが、本研究では粉末粒子間で起こる準静的過程を詳細に制御することによって、こすり合わされた粉末原料が互いに接合する現象をモデル化し、個々の接合現象を立体造形に展開するための基礎技術の獲得を目指している。研究初年度は金属粉末の固化条件ならびに成形体の機械的特性に影響を与える結晶組織と成形条件を検証し、粉末の力学的プロセスと成形体のマクロ特性パラメータの相関を明らかにした。研究２年度には、成形条件による形成される微細組織の違いに着目し、せん断応力の付与過程が粉末の接合に及ぼす影響を評価した。また、混合素粉末成形体における原子拡散と合金組織の形成について、常温・加熱プロセスを併用した多段成形プロセスによる結晶粒界制御ならびに難成形金属の塑性接合の検証により、ミクロな粒子間接合現象とマクロな材料特性の観点からその可能性について明らかにした。研究３年度には本手法と他の粉体成形手法や強ひずみ加工による粒子の接合性について検証し、押出成形の手法を応用することによって従来よりも厚みのある成形体作製の可能性を見出した。研究４年度には、成形プロセスにより導入されるせん断ひずみ量と機械的特性の相関について、成形温度による成形性や成形体の材料特性の違いから調査した。常温成形と温間成形を組み合わせた手法で固化成形を行い，温間成形と酸化物生成の抑制が成形体への大ひずみ導入に有効であること明らかにした。

The object of the present invention is to study the effects of compression load on the state of metal powder and solid powder mixture, compression load in different directions, breaking force, bonding (solidification) of raw material powder and miniaturization of crystal particles in molded body, and improvement of molding method. The powder solidification method includes heating, impact, high temperature processing, two-axis force application, melting and solidification characteristics of powder particles, and detailed control of quasi-static process between powder particles. The development of three-dimensional joint phenomenon and the acquisition of basic technology are pointed out. In the initial stage of the study, the influence of solidification conditions on the mechanical properties of the molded body was investigated, and the correlation between solidification conditions and mechanical properties of the molded body was clarified. In the second year of the study, the formation of fine tissues, the application of breaking force and the influence of powder bonding were evaluated. In addition, the atomic dispersion and alloy structure formation of mixed elemental powder molded body, the combination of normal temperature and heating, the multi-stage forming, the crystal particle boundary control, and the plastic bonding of difficult-to-form metals. In the third year of the study, the possibility of forming a molded body by this method and other powder forming methods, as well as the bonding properties of particles and extrusion forming methods, was found In the fourth year of this study, we investigated the correlation between the mechanical properties and the molding temperature, and the material properties of the molded body. Normal temperature forming and temperature forming are combined to form solidification forming. Temperature forming and acid formation are suppressed.

项目成果

素粉末混合法を用いた圧縮せん断法によるCu-Zn合金薄板の成形

生粉混合法压缩剪切法Cu-Zn合金薄板成形

• 发表时间: 2020
• 作者: 高橋 拓馬;三木 寛之;武田 翔;中山 昇
• 通讯作者: 中山 昇

Consolidation and Metal Alloying of Cu/Zn Mixed Powders by Warming Compression Shearing Method

温压剪切法铜/锌混合粉末的固结与金属合金化

• 发表时间: 2019
• 作者: Takuma Takahashi;Hiroyuki Miki;Sho Takeda;Hiroyuki Kosukegawa;Toshiyuki Takagi
• 通讯作者: Toshiyuki Takagi

Quantitative study on correlation between wear behavior and frictional energy of soft-metal/DLC nanocomposite coatings by transmission electron microscopy

透射电镜定量研究软金属/DLC纳米复合涂层磨损行为与摩擦能的相关性

• 发表时间: 2022
• 作者: Minoru Goto;Shinya Senba;Sho Takeda;Hiroyuki Miki;and Yoshinori Takeichi
• 通讯作者: and Yoshinori Takeichi

圧縮せん断法により作製したCu-Zn 合金薄板の機械特性に与えるせん断ひずみの影響

剪切应变对压剪法制备铜锌合金薄板力学性能的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 高橋 拓馬;三木 寛之;武田 翔;中山 昇;武石 洋征
• 通讯作者: 武石 洋征

東北大学 工学部 機械知能・航空工学科 研究室紹介 Online 2020

东北大学工学部机械智能与航空工程系实验室介绍在线2020