Dissimilar metal deposition with a magnesium and titanium-based alloy using wire and arc additive manufacturing

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軽量・高比強度特性を有するマグネシウム（Mg）合金と耐摩耗性・耐食性に優れたチタン（Ti）合金の異種金属造形は付加価値が高く，多方面から製品開発が望まれている。そこで，溶接技術をベースとした金属3Dプリンティング技術である，ワイヤ＋アーク放電式付加加工技術を用いて，Ti-Mg合金の異種金属積層法の確立を目的とした複数の研究課題に取り組んだ。①　Mg合金は融点および溶融時の動粘性が低いため，造形物の形状精度が低下しやすい。そこで，Mg合金を迅速かつ高精度造形を可能とする，Mg合金の強制冷却手法を開発した。造形物の温度の低下，形状精度の改善，結晶粒径の微細化を達成することができた。研究成果は国際論文誌にて発表した。②　Mg，Ti合金は溶融接合が困難である組合せとして知られている。そこで，アルミニウム（Al）合金を中間材として使用した，Ti-Al-Mg合金の異種金属積層における基礎的な造形特性を調査した。十分な結合強度を得るには至らなかったが，強度低下の主要因である界面での反応層厚さを低下させることに成功した。また，接合状態は悪いものの，ワイヤ材相当の成分組成を有したTi造形部を異種金属上面に堆積できる条件範囲が存在することを明らかにした。Ti-Al合金とAl-Mg合金における研究成果はそれぞれ国際会議で報告した。③　②より，従来の冶金的結合によるアプローチでは高い結合強度を得ることは困難であると判断した。そこで，2つの金属材料を交互に堆積し，両材料の造形部が入り組んだ構造体を造形する手法を考案した。すなわち，冶金的な接合だけでなく，機械的接合によっても異種金属造形物の強度を担保する。本手法を用いてTi-Al合金の異種金属積層を行った結果，先行研究と比べて50%以上の強度改善を達成できた。本研究成果は国内学会で発表し，プレゼンテーション賞を受賞した。