【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
22TU0183
利用課題名 / Title
電子ビーム積層造形用アルミニウム合金の開発
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
外部利用/External Use
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
アルミニウム基合金, 積層造形材料,電子顕微鏡/Electron microscopy,イオンミリング/Ion milling
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)
石神 健太
所属名 / Affiliation
東洋アルミニウム株式会社
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
伊藤俊
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-516:分析電子顕微鏡
TU-512:イオンミリング装置
TU-504:超高分解能透過電子顕微鏡
報告書データ / Report
概要(目的・用途・実施内容)/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
金属粉末を選択的に溶融・凝固させて部品を製造する、金属積層造形法が注目されている。鋳造法などの既存工法に比べて複雑形状の部品が製造できるため、工期を短縮できることが期待される。当該手法はアルミニウム合金にも適用されているが、アルミニウム合金が主に使用されているのは熱源がレーザで、電子ビームを使った積層造形法での評価事例はほとんどない。本課題では造形物の微細構造を観察し、組織形成機構を検討した。
実験 / Experimental
造形機はTRAFAM要素技術研究機、粉末はAlSi10Mg真球状粉末d50 = 78 μmを使用した。造形条件は加速電圧60 kV、ビーム電流8 mA、走査速度700 mm/s、造形物寸法15×15×10 mm3、積層厚み0.075 mm、予熱温度約350 ℃とした。造形まま材を切り出し、イオンミリングを用いて観察用サンプルを準備し、分析電子顕微鏡(EM-002B)と走査型透過電子顕微鏡(JEM-ARM200F)による観察を行った。また、機械強度の測定はマイクロビッカース硬さ試験機を使用した。
結果と考察 / Results and Discussion
造形物組織のAl母相中に、μmオーダーのSi濃化相が観察された。このSi相内を走査型透過電子顕微鏡で確認したところ、約10 nmのAl濃化粒子が確認された(Fig. 1)。平衡凝固ではSi相にAlはほとんど固溶しないが、積層造形法は急冷凝固であるためにSi相にAlが過飽和固溶されたものと考えられる。また、電子ビーム積層造形法は電子ビーム照射による粉末飛散を防ぐため、粉末を予熱する。この予熱は粉末だけでなく、既に造形されている造形物を予熱する。この予熱により、Si相に過飽和固溶されたAlが析出したものと考えられる。マイクロビッカース硬さは先行研究[1]と同等で、微細Al析出の機械強度への寄与は確認されなかった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1. 電子ビーム積層造形によって作製されたAlSi10Mg造形物のBF-STEM像とSTEM-EDS元素マッピング
その他・特記事項(参考文献・謝辞等) / Remarks(References and Acknowledgements)
[1] H. Bian, K. Aoyagi, Y. Zhao, C. Maeda, T. Mouri, A. Chiba, Microstructure refinement for superior ductility of Al–Si alloy by electron beam melting, Additive Manufacturing, 32, 100982(2020).
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)
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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.
- 石神 健太,青柳 健大, 卞 華康, 千葉 晶彦,橋詰 良樹, 田中 昭衛,“AlSi10Mg電子ビーム積層造形物の機械特性”,粉体粉末冶金協会2022年度春季大会(オンライン),2022年5月25日
- Kenta Ishigami, Kenta Aoyagi, Huakang Bian, Akihiko Chiba, Yoshiki Hashizume, Akiei Tanaka, “Al Nanoparticle inside Si Grain of Al-Si Alloy by Powder Bed Fusion Using an Electron Beam”, MS&T22(Pittsburgh), 2022年10月10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