積層造形法を活用した炭素強制固溶による超微細Ti基複合材料の創製

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本年度はチタン中に炭素の強制固溶を実現するため、計画通りに①GO/Ti複合粉末の作製、②GOが粉末特性及び③積層造形に与える影響、④炭素強制固溶した緻密なTi造形体の作製を行った。①ヘテロ凝集法及び凍結乾燥によるGOをTi-6Al-4V合金粉末表面に付着させ、最大2 mass% GOの添加が成功した。得られた複合粉末をSEMで観察したところ、シート状のGOが凝集することなく、Ti粉末表面に均一に付着することが分かった。②複合粉末の粒度分布、流動性、レーザ吸収率及び熱伝導率などの特性の評価を行った。GOは極めて薄いシート状であるため、複合粉末はTi粉末と比べ、粒度分布はほとんど変わらなかった。粉末流動性を崩落角による評価したところ、GOを添加した粉末はより低い崩落角を示した。L-PBFにおける粉末床を光学顕微鏡で観察したところ、GOを添加した複合粉末はより均一な粉末床が観察された。また、GOは高いレーザ吸収率を持つため、複合粉末はより高いレーザ吸収率を示した。また、Ti粉末と比べ、複合粉末は低い熱伝導率を示した。これら粉末特性の変化は、いずれにしてもL-PBFに有益であると考えられるため、GOの添加はTi粉末特性に良い影響を与えることが分かった。③GOを添加した複合粉末を用いて、異なるパラメータで積層造形を行った。造形体を密度測定及び断面観察による評価したところ、相対密度>99.5%を持つ緻密な造形体が作製された。GOの添加によりTi粉末の緻密な造形体ができる最適造形パラメータゾーンが拡張されたことが分かった。④得られた造形体に対して、相同定及び組織観察で分析を行った。GOは残ることなく、C元素として分解されてTiマトリックス中に均一に分布していたことが分かった。造形体中の炭素量はTi中に炭素固溶限の数倍になったため、炭素強制固溶したTi造形体の作製が成功したと確認された。