等方圧プレスは、コールドスプレーされたNi–20Crサンプルをホット等方圧プレス（HIP）に供することにより、後処理を促進します。HIPは、極度の熱と均一な高圧を組み合わせた技術です。
具体的には、900 °C程度の温度と約104 N/mm²の圧力を印加することで、プレスは材料の内部微細構造を崩壊させて結合させます。このプロセスは、堆積層内の微細な空隙や気孔を積極的に閉鎖し、材料を大幅に緻密化し、機械的特性を向上させます。
コアの要点 コールドスプレーは、本質的に気孔を含むコーティングを作成します。等方圧プレスは、それを緻密化する修正ステップです。同時に熱と圧力を印加することで、Ni–20Crの見かけの気孔率を約9.54%から2.43%に低減し、多孔質の堆積物を、バルク合金と同等の密度と延性を持つ材料に変えることができます。
緻密化のメカニズム
同時加熱と加圧
等方圧プレスの有効性は、2つの力を同時に印加できる能力にあります。コールドスプレープロセスは粒子の結合に運動エネルギーに依存しますが、HIPによる後処理は熱エネルギーと機械的力を導入します。
温度は900 °Cに上昇し、Ni–20Crマトリックスを軟化させます。同時に、104 N/mm²の圧力が印加されます。
均一な力の印加
単一方向から力を印加する一軸プレスとは異なり、等方圧プレスは加圧媒体を使用して、あらゆる方向から均一に力を印加します。
この全方向性圧力は、複雑な形状やコーティングの処理に不可欠です。なぜなら、気孔が単に平坦化または歪むのではなく、均一に崩壊することを保証するからです。
材料特性への影響
気孔率の劇的な低減
この後処理ステップの主な目的は、気孔の閉鎖です。高圧は材料を効果的に圧縮し、内部の空隙を閉鎖させます。
データによると、このプロセスにより、Ni–20Crサンプルの見かけの気孔率が初期の9.54%からわずか2.43%に低減されます。
延性の向上
コールドスプレーされた材料は、粒子の高速衝突中に発生する加工硬化により、脆性を抱えていることがよくあります。
プレスサイクル中にサンプルを高音にさらすことで、材料は微細構造の変化を起こし、延性が向上します。
微細構造の均一性の向上
熱と圧力の組み合わせは、スプレーされた粒子間の拡散結合を促進します。
これにより、より均質な構造が得られ、材料密度がバルク合金に近くなり、スプレー直後のコーティングでよく見られる明確な粒子境界がなくなります。
限界の理解
密度は改善されるが、完璧ではない
等方圧プレスは材料を大幅に向上させますが、理論上の密度を100%達成するわけではないことに注意することが重要です。
このプロセスにより、気孔率は2.43%まで低下しますが、これは大幅な改善ですが、残留する微細気孔が存在する可能性があります。
プロセスの強度
これは受動的な処理ではありません。900 °Cと極度の圧力を維持できる特殊な環境が必要です。
気孔率の低減は体積変化を意味します。空隙が閉じると、部品の全体寸法がわずかに収縮する可能性があり、設計およびスプレー段階で考慮する必要があります。
目標に合わせた適切な選択
Ni–20Cr部品の性能を最大化するために、特定の使用要件に合わせて後処理戦略を調整してください。
- 主な焦点が構造的完全性にある場合：ホット等方圧プレス（HIP）を使用して、気孔率を約2.4%まで低減し、コーティングの耐荷重能力を最大化します。
- 主な焦点が延性と疲労強度にある場合：プロセスの高温（900 °C）を利用して内部応力を解放し、材料が破壊せずに変形する能力を向上させます。
概要：等方圧プレスは、生の多孔質コールドスプレーコーティングと、高密度の高性能冶金部品との間の重要な架け橋として機能します。
概要表：
| 特徴 | コールドスプレー（スプレー直後） | 等方圧プレス（HIP）後 |
|---|---|---|
| 気孔率レベル | 約9.54% | 2.43% |
| 微細構造 | 多孔質＆加工硬化 | 高密度＆均一 |
| 延性 | 低い（脆い） | 高い（改善） |
| 結合タイプ | 運動学的衝撃 | 拡散結合 |
| 処理条件 | 常温/低温 | 900 °C @ 104 N/mm² |
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参考文献
- Parminder Singh, Anand Krishnamurthy. Characterization and High-Temperature Oxidation Behavior of Ni–20Cr Deposits Fabricated by Cold Spray-Based Additive Manufacturing. DOI: 10.3390/coatings13050904
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Press ナレッジベース .
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