　界面付近の組織を電子線後方散乱回折法（EBSD）で解析した結果、炭素鋼（S25C）基板上にアルミ合金（Al3Si1Mn）を造形する場合、走査速度の増加により、金属間化合物の形成を抑制できることが明らかとなった。走査速度550mm/秒では造形した試料にAl₅Fe₂やAl₁₃Fe₄といった脆い金属間化合物が形成されたが、650mm/秒では検出されなかった。

L-PBF法により作製した炭素鋼とAl合金界面付近の組織観察結果出所：東北大学

　また、熱流体解析シミュレーションから、走査速度が低いほど炭素鋼基板の溶融体積が増加し、凝固過程で金属間化合物の形成が生じやすいことが分かった。一方、高い走査速度では、熱力学的な平衡状態に到達しない状態で凝固する非平衡凝固となる。

　さらに、マルチマテリアル造形体から試料を作製し、接合強度を評価したところ、走査速度650mm/秒で作製した試料は、引張試験でもアルミ合金と同等の接合強度を示した。

引張試験による界面強度評価出所：東北大学

　同研究で得られた成果をもとに、研究グループは日本積層造形と共同で実物大の自動車部材を試作し、造形に成功した。同成果は自動車や航空機の軽量化、ひいてはカーボンニュートラルや省資源化に寄与することが期待される。

試作した自動車部材（サスペンションタワー）出所：東北大学

　研究グループは今後、合金種や組成、使用する粉末の形態、粒度分布、造形条件などを精査し、マルチマテリアル造形技術の最適化を図る考えだ。

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