1 高温における強度と靱性
航空宇宙産業では、材料の性能は高温条件下での強度と靭性によって大きく評価されます。金属 3D プリントの場合、高温材料は 1000 ℃を超える非常に高い温度でも十分な強度と靱性を維持できなければなりません。物質自体の融点が高いことに加えて、これには安定した結晶構造と微細構造が必要です。高温下での熱変形や熱疲労による破損を防止します。
例えば、航空宇宙分野では、その卓越した高温強度と靭性により、In625 や In718 などのニッケルベースの高温合金が広く利用されています。金属 3D プリンティング技術を使用すると、これらの合金は、エンジンのタービンブレードや燃焼室など、非常に高い温度で動作し、優れた高温性能を備えた材料が必要となる複雑な形状のコンポーネントを製造できます。
2 酸化および腐食に対する耐性
高温下では材料と酸素の反応が促進され、酸化や腐食が起こります。このようにコンポーネントの耐用年数を延ばすために、金属 3D プリンティング用の高温材料は優れた酸化耐性と耐腐食性を備えていなければなりません。この材料は、酸素による基板材料のさらなる腐食を防ぎ、抗酸化性能を向上させるために、高温で安定した酸化膜を生成する必要があります。耐食性を備えた材料は、高温、高圧、腐食性流体などの厳しい条件下でも優れた性能を維持する必要があります。
金属 3D プリンティング技術を使用すると、チタン合金やステンレス鋼など、航空宇宙分野でよく使用される材料の微細構造を最適化し、耐酸化性と耐食性を向上させることができます。たとえば、チタン合金は優れた耐熱性と耐腐食性を備えているため、航空機分野ではむしろ一般的になっています。 3D プリンティング技術によって可能になった、より洗練された複雑な構造は、コンポーネントの耐食性の向上に役立ちます。
3 熱膨張係数と安定性
優れた熱安定性は、金属 3D プリンティング用の高温材料のもう 1 つの要件です。つまり、高温では材料の性能は時間の経過とともにあまり変化しません。熱老化による性能低下を防ぐには、材料が高温でも安定した結晶構造と化学組成を持つことが必要です。材料の熱膨張係数は、高温での部品の寸法安定性と組み立て精度に直接影響するため、考慮する重要な問題です。
この意味で、ニッケル基および鉄基の高温合金はかなり成功しています。高温においては、熱膨張係数が低いだけでなく、優れた熱安定性も備えているため、そのような環境下でのコンポーネントの寸法安定性と組み立ての正確性が保証されます。これらの特徴により、鉄ベースおよびニッケルベースの高温合金は、航空宇宙分野における金属 3D プリンティングの高温材料にとって理想的な選択肢となります。
4 後処理とマテリアルハンドリングのニーズ
金属 3D プリンティング技術は設計の自由度に優れていますが、高温材料を処理する際には、材料の処理パフォーマンスと後処理のニーズを依然として考慮する必要があります。高温材料の融点が高く、流動性が低いため、印刷機械とプロセスパラメータに優れた基準が要求されます。したがって、金属 3D プリンティング高温材料には、優れた粉末流動性、溶融および凝固特性、および予測可能な微細構造の進化が必要です。
さらに、金属 3D プリンティングでは、高温材料に対するかなりの後処理のニーズが存在します。高温材料は高温での熱変形や亀裂の影響を受けやすいため、残留応力を除去し、微細構造を最大化し、性能を向上させるには、適切な熱処理技術が必要です。複雑な幾何学的形状を持つコンポーネントの場合、表面処理と精密機械加工方法も設計基準を満たすのに役立ちます。
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