利用報告書 / User's Reports

  • 印刷する

【公開日:2025.06.26】【最終更新日:2025.06.16】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22TU0102

利用課題名 / Title

PBF-EBによるAl合金の作製とその相変態挙動の解明

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用(ARIM事業参画者以外)/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】(主 / Main)計測・分析/Advanced Characterization(副 / Sub)-

【重要技術領域 / Important Technology Area】(主 / Main)高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed(副 / Sub)-

キーワード / Keywords

Al合金, 金属付加製造,電子顕微鏡/Electron microscopy,集束イオンビーム/Focused ion beam


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名(課題申請者)/ User Name (Project Applicant)

青柳 健大

所属名 / Affiliation

東北大学金属材料研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

石岡 功己,島田 啓太

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

伊藤俊,竹中佳生

利用形態 / Support Type

(主 / Main)技術代行/Technology Substitution(副 / Sub)-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-504:超高分解能透過電子顕微鏡
TU-508:集束イオンビーム加工装置


報告書データ / Report

概要(目的・用途・実施内容)/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

金属3Dプリンターの一つであるPowder Bed Fusion using an Electron Beam (PBF-EB)を用いて、鉄鋼材料、Ni基超合金、Ti合金、銅・銅合金、Co合金など多種多様な材料の造形と特性に関する研究が数多く行われてきている。一方、Al合金に関しては、AlSi10Mg合金に関する研究報告はあるが、それ以外では造形事例もほとんどなく、Al合金のPBF-EB造形には数多くの課題がある。PBF-EBでは、電子ビーム照射による帯電に起因した原料粉末の飛散を防ぐため、電子ビームの高速走査により粉末床全体の温度を高温に維持する必要があるが、Al合金のような低融点材料では、造形に適した温度に維持するのが難しい。本課題では、Al合金粉末の帯電による飛散現象のメカニズムを解明するために、帯電に大きく影響を及ぼす原料粉末表面の酸化皮膜の評価を行った。

実験 / Experimental

種々のAl合金粉末(Al-Mg-Sc系のScalmalloy、ScalmalloyベースにMgとScの組成を振った5種の粉末)から集束イオンビーム加工装置(FEI Versa3D)またはイオンスライサーで粉末表面の酸化皮膜の断面TEM試料を作製し、収差補正電子顕微鏡(JEM-ARM200F)を用いて表面付近の高分解能観察およびSTEM-EDSによる元素マップ分析を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

本研究で対象とした5種類の粉末の電気抵抗の温度依存性を評価したところ、電気抵抗に差が見られた。これらの電気抵抗の差は、バルク金属の電気抵抗の差によるものではなく、粉末表面の酸化皮膜の電気抵抗に原因があると考えられるため、これらの酸化皮膜をTEM/STEMで解析したところ、酸化皮膜はどれもアモルファスであり、酸化皮膜の膜厚は4~18 μmに分布していた。一方、酸化皮膜の組成は粉末の種類によって異なっていた。Mgの組成を振った粉末を比較すると、酸化皮膜に多くのMgを含んでいたものほど、電気抵抗が大きい傾向が見られた。また、Mgを一切含まない粉末は高い電気抵抗を示し、その酸化皮膜にはScを多く含むようになり、Scの酸化物が高い電気抵抗の原因となっていると考えられる。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項(参考文献・謝辞等) / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究に用いたAl合金粉末は、東洋アルミニウム株式会社よりご提供いただきました。ここに感謝いたします。


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング(DOIのあるもの) / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Kenta Ishigami, Nanoscale Al precipitation in the Si phase in AlSi10Mg alloy during electron beam powder bed fusion, Additive Manufacturing Letters, 10, 100213(2024).
    DOI: https://doi.org/10.1016/j.addlet.2024.100213
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. 石岡功己、青柳健大、石神健太、千葉晶彦、“電子ビーム積層造形におけるAl系合金粉末のスモーク現象に関する研究”日本金属学会2023年春期(第172回)講演大会, 令和5年3月9日
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications:0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents:0件

印刷する
PAGE TOP
スマートフォン用ページで見る