Development of friction solid phase consolidation process for metal powder by multi-axis stress and material structure design

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粉末冶金法に代表される金属粉末を原料にして目的形状へ成形する手法は、素材の無駄を生じないことから、製造工程の省エネルギー化に向けた有効な造形プロセスとして注目されている。本研究ではこの手法を構造材や機構材の製造に適用するための試みとして、圧縮せん断法による多軸応力を利用した新たな粉末成形手法を提案し、素粉末を原料とした合金材料成形や異材コーティング、三次元構造造形を可能とする技術の確立を目指している。金属素粉末の摩擦固相接合技術である圧縮せん断法は、材料粉末を高温で溶融することなく固相→固相成形する手法である。成形プロセスは金型板間に粉末を充填し圧縮力を加えながら金型をせん断方向に移動させる単純なものであるが、プロセス中に互いに強く擦れ合うことにより塑性変形された原料粉末が接合（摩擦固相接合）し、微細な結晶粒を有する薄板を常温常圧大気雰囲気においても作製することができる。この手法を実用的な構造部材や機構部品に適用し、さらに材料特性を向上させることを目的として、混合素粉末の合金化、添加物や化合物の分散（強化）、複合化についてその技術的な可能性を見出すことを目指し、純金属あるいは合金の標準的な機械的特性（硬度、強度）と同等あるいはそれ以上の特性を示す材料を粉末から直接成形する手法を開発する。研究初年度は成形温度による成形性や成形体の材料特性の変化と成形プロセスにより導入されるせん断ひずみ量の相関について調査した。具体的には加熱可能な金型を用いた温間成形手法で純金属の固化成形を行い，粒子間に形成される酸化物の量と分散性、また導入されるせん断ひずみの違いによって生じる粒子間接合状態の差異と機械的特性の相関について明らかにした。