MM-LPBFで製造されたNiTi/Ti6Al4Vの界面接着強化における根に着想を得た生体インターロッキング構造設計とそのメカニズム
Root-Inspired Bio-Interlocking Structure Design and Its Mechanism on Enhancing the Interfacial Bonding of NiTi/Ti6Al4V Fabricated by MM-LPBF
NiTi形状記憶合金とTi6Al4Vチタン合金の異種材料接合において、レーザー粉末床溶融積層造形(MM-LPBF)では界面に脆性破壊や剥離が生じやすい。本研究では、中間層を用いずに根に着想を得た3次元生体インターロッキング界面構造を提案した。この構造により、巨視的な3次元幾何学的インターロッキングによって亀裂伝播経路と荷重伝達モードが変化する。分岐角度(45°、60°)と構造サイズ倍率(1.2、1.5)をパラメータとして、界面形成品質、微細構造、機械的特性への影響を調査した結果、分岐角度が性能を決定する主要因であることが示された。60°高角度分岐標本は、最適化された60–1.5構造において平均せん断強度を128.37 MPaに向上させ、これは45°低角度分岐標本(17.47 MPa)の6倍以上である。この「幾何学的拘束靭性」戦略は、金属間結合の強化に新たなアプローチを提供する。
- MM-LPBF(レーザー粉末床溶融積層造形)でNiTi形状記憶合金とTi6Al4Vチタン合金の異種材料接合に根に着想を得た3次元生体インターロッキング界面構造を提案し、中間層なしで接合強度を向上
- 分岐角度60°の最適化構造で平均せん断強度を128.37 MPaに達成。これは45°低角度分岐標本(17.47 MPa)の6倍以上
異種金属材料の接合技術は、航空宇宙・医療機器・エネルギー分野など幅広い産業で重要度が高いが、従来は脆性破壊や剥離が課題となっていた。本研究成果は、溶融積層造形(3Dプリンティング)プロセスにおいて、幾何学的なインターロッキング構造設計のみでせん断強度を6倍以上に向上させられることを実証しており、積層造形の産業応用拡大に直結する可能性がある。ただし、これは学術研究段階の成果であり、商業化や具体的な実用化計画は不明な点に留意が必要。