チタン合金粉末冶金の加工方法

 

発売日：[2024/8/2]
 

チタン及びその合金は密度が低く、比強度が高く、生体適合性と中高温安定性が良い、及び良好な力学性能と優れた耐食性を有するため、航空宇宙、軍需産業及び船舶などの分野で広く応用されている。伝統的な溶融鍛造の加工技術は大サイズ、簡単な形状のチタン形材または製品の製造などの面で優位性を備えているが、複雑な構造、中小型のチタン製品の製造には歩留まりが低く、資源の浪費が大きく、生産コストが高いなどの問題がある。粉末近終成形技術はちょうどこの技術的欠陥を補うことができ、粉末の製造、近終成形の技術ルートを通じて多種類の尺度、多種類の構造特徴のチタン合金製品をバッチ定量化またはカスタマイズすることができる。このような中小型製品は航空宇宙、軍需産業、医療、民生消費の分野でより大きな応用潜在力と製品付加価値を持ち、将来的にチタン産業の低炭素、グリーン製造業の転換を推進する重要な方向である。

1、プレス焼結

米国はチタン粉末のプレス焼結によるチタン合金製品の製造について早くから研究している。Dynamet Technology社はチタン粉末プレス成形製品の生産に力を入れており、一部の製品は小規模な応用を得ている。同社が生産した最初の粉末冶金チタン製品は、雷神社のラウドネスミサイル上のドームシェルTi-6 Al-4 V合金プリフォームであり、その後、粉末冶金Ti-6 Al-6 V-2 Sn合金製品をStingerミサイル弾頭シェルに応用した。チタン製品への顕著な貢献により、Dynamet Technology社はボーイング社の粉末チタン合金製品の唯一のサプライヤーとなった。また、米ADMA Products社は1985年から粉末冶金チタン部品の生産を開始し、一部の製品は航空宇宙分野に応用されている。我が国の西北非鉄金属研究院はチタン粉末の近浄成形分野での研究開発も30年以上の経験があり、開発した多孔質チタン製品はすでに化学工業、食品などの分野に応用されている。

2、熱等静圧

熱等静圧（HIP）技術は米国バティール（Battelle）研究所が1950年代に発明したもので、この技術は不活性ガスを伝圧媒体とし、850-2000℃の温度と100-200 MPa気圧の協同作用の下で、製品に対して高温プレスと焼結処理を行う技術であり、現在の粉末近接成形チタン及びチタン合金構造物の全緻密化の最も主要な手段であり、製品は組織が均一で、不織構造、偏析がないなどの特徴がある。

国外でチタン合金粉末熱などの静圧技術を発展させたのは1950年代に始まり、ロシア軽金属研究所は1970年代に世界で最初に全体的に複雑な形状の粉末チタン合金水素ポンプタービンを開発し、RD-0120型水素酸素エンジンに応用された。米国は1990年代にまず宇宙分野で商業化応用を実現し、PW社のF 110エンジンの連結棒、トマホーク式巡航ミサイルF 107エンジン圧縮機ロータ、Sidewindミサイルヘッドカバー、F 107巡航ミサイルエンジン羽根車、Stinger防空ミサイル戦闘部筐体などの航空・兵器分野に徐々に拡大した。

3、粉末射出成形

金属粉末射出成形（Metal Injection Molding、MIM）技術は、機械加工を回避または減少させ、製造コストを大幅に削減するために、最終形状を有するまたは近い部品を直接製造することができる。そのため、粉末射出成形技術はチタン及びチタン合金応用部品をバッチ定量的に製造する最も有効な技術手段の一つである。

電子通信における3 C製品（携帯電話、スマートウェアラブル、眼鏡フレーム、5 G信号部品を含む）は粉末射出成形技術の最も主要な応用分野であり、84.2%を占めている。現段階では主に鉄系材料を中心としているが、材料の軽量化設計と高品質追求は3 C製品の将来の発展の主要な方向である。チタン合金は低密度（密度は鉄基材の半分）、高強度、耐食性などの特徴を持ち、将来の材料の軽量化と高品質設計を満たす。統計によると、2020年の中国チタン注射成形業界の市場規模は6億8000万元に達し、需要側の投入状況と供給側の収入増加状況の推計によると、2026年の市場規模は20億元に達し、年間成長率は20.13%に達する見込みだ。

粉末射出成形チタン合金の消費電子分野への応用：華為時計チタン合金ケース、アップル携帯電話チタン合金フレーム

4、増材製造

増材製造（Additive Manufacturing、AM）は点、線、面を介して層ごとに積算された成形技術であり、部品の複雑さの影響を受けず、複雑な部品の設計と製造を自動的に、迅速に、正確に完成することができる。従来の製造技術に比べ、増材製造は設計の自由度、複雑な部品成形及び材料利用率などの面で独特の優位性を持ち、将来性の高いチタン合金製造技術となっている。SmarTechの分析によると、2019年の世界の金属3 D印刷市場は3 D印刷装置、材料、サービスを含め33億ドルに達し、2024年には110億ドルに達する見込みで、チタン合金はその中で最も重要な印刷金属である。

航空宇宙飛行と軍需産業国防はチタン増材製造の第一のユーザーであり、現在宇宙発射システム、航空機翼、全体制御面とハッチ、エンジン翼などの重要な飛天装備部品などの航空エンジンの小型精密部品と航空大型複雑部品の直接成形に成功している。

増材製造チタン合金の航空分野への応用：エンジンオイルノズル、軍機チタン合金フレーム

粉末は上記粉末冶金近終成形プロセスの基礎原料として、そのコストと品質は粉末冶金製品の価格と性能に影響する最も重要な要素である。
深セン市御嘉鑫科技株式会社は、革新的な科学技術で未来をリードし、自主的にチタン合金の金属射出成形加工技術を研究開発した。この技術は巧みで効率的で、複雑な構造の医療機器部品、医療インプラント及び航空宇宙重要部品を精確に製造することができる。チタン合金粉末と結合剤を精密に混合し、金型に注入して成形し、さらに脱脂、焼結などの精密工程を経て、製品が優れた生体適合性、力学性能と精度を備えることを確保する。御嘉シンは優れた品質で、医療、航空などの分野に高精度、高信頼性の部品ソリューションを提供している。