パデュー大学の技術者が3Dプリント用の超強力アルミニウム合金を革新

Tokyoパデュー大学のエンジニアたちは、3Dプリンティングに使用できる非常に強いアルミ合金を作る新しい方法を発見しました。この方法は、合金のプラスチックの柔軟性を利用しています。この研究は、ハイヤン・ワンとシンハン・チャンが主導し、大学院生のアンユー・シャンの協力を得て行われました。

航空宇宙産業や自動車業界では、軽量で強度のあるアルミニウム合金が使われています。しかし、これらの合金には大きな欠点があります。すなわち、積層造形プロセス中に加熱されるとひび割れを起こしやすく、金属の品質が低下する可能性があることです。

これを解決するために、従来の方法では、アルミニウム合金に粒子を加えて強度を高めます。しかし、これらの合金の強度は300から500メガパスカルにしか達せず、600から1,000メガパスカルの鋼よりもはるかに弱いです。

パデュー大学のチームは、遷移金属を追加しました。

• コバルト
• 鉄
• ニッケル
• チタン

これらの金属はアルミニウムと組み合わせて、層状の小さな柔軟な化合物を形成します。このことが新しくて興味深いのは、

• これらの金属間化合物は低対称性の結晶構造を持ち、通常は室温で脆くなる。
• ナノスケールのラメラ構造により、脆さが抑えられる。
• それは細かいロゼット状に集まり、合金全体の強度を向上させる。

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新しい手法では、小さな構造物を生成します。それらは、大きなアルミニウムの枠組みの中に、硬くて小さな金属片が含まれています。Shangによれば、これにより強力な抵抗力が生まれ、変形に対する耐性が向上するとのことです。

この方法が効果的であることが実験により確認されています。

• マクロスケールの圧縮試験では、優れた塑性変形能力と900メガパスカル以上の強度が示されました。
• マイクロピラーの圧縮試験では、特定の領域で流動応力が1ギガパスカルを超えるなど、顕著な裏応力が確認されました。
• 変形後の分析では、脆性金属間化合物において複雑な転位構造と積層欠陥が明らかになりました。

この研究はNature Communications誌に発表されました。パデュー大学の技術商業化オフィスが特許を申請しています。プロジェクトの資金は、米国国家科学財団と海軍研究局から提供されました。

この改良によりアルミニウム合金を使用する業界が変わる可能性があります。3Dプリンターで作られた強靭でより柔軟な素材が、より多用途に使用できるようになります。