Dynamics and guiding principles of chemical liquid-phase sintering for binder jetting additive manufacturing of aluminum

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金属積層造形手法としてバインダジェッティング（BJT）方式が注目されている。本研究では、BJT方式積層造形に適用可能なアルミニウム焼結技術の体系化に取り組んでいる。具体的には、液相焼結に取り組み、(i)CALPHAD法による計算状態図に基づく焼結助剤合金設計、(ii)液相焼結助剤の固相粉末とのナノ・ミクロ・マクロの濡れ現象のその場観察、(iii) モンテカルロ法によるシミュレーションを援用した液相焼結時の緻密化支配因子の推定を実施している。2022年度の成果を以下に示す。１．焼結助剤合金設計：Al-Cu(低融点化元素)-Mg(酸化物分解元素)の三元系焼結助剤を計算状態図により組成を決定した。CALPHAD計算状態図により、550℃以下で共晶液相が出現する組成範囲をスクリーニングした。２．Al2O3被膜の化学的分解挙動の観察：表面酸化物層の厚みが異なる純アルミニウム粉末（酸化物層厚さ：2 nm, 4 nm）と酸化物分解元素（Mg）を含むAl-Mg合金粉末を混合して加熱し、純アルミニウム粉末の粒成長過程を観察した。粒成長の程度からマグネシウムによるアルミニウム表面酸化物層分解能を評価した。観察の結果、マグネシウムにはアルミニウム粉末表面酸化物層を化学的に分解する能力があることを確認できた。今後は、表面状態の変化にも注目し、どのような化合物が形成されているのかを調査する。３．モンテカルロ法による焼結シミュレーションを援用した収縮挙動支配因子の推定：モンテカルロ法を用いた焼結シミュレーションにより、各種パラメータがグリーン体の収縮挙動に及ぼす影響を体系的に整理し、実際の焼結挙動と比較した。2022年度は液相焼結過程を再現することに取り組んだ。