レーザ積層造形法により作製した銅合金の組織と機械的性質

摘要

Cu－Cr－Zr合金は高強度であり熱伝導性にも優れることから，ロケットエンジン用燃焼器に使用される．ロケットエンジンの内壁は高温の燃焼熱に晒されるために，内部に複雑な冷却溝を付与し液体燃料を流すことにより冷却している．冷却構造の作製には，切削加工による溝構造の付与，ワックスによる封孔，電鋳プロセスによる外壁の再構築等が必要となり，製作工程が多段階に渡り，かつ多大な時間が必要となる．そこで本燃焼器を作製するプロセスとしてレーザ積層造形法に着目した。本法ではCADにより3次元モデルを作製する。これを一層毎に分割したスライスデータに基づいてレーザを照射し，金属粉末を焼結または溶融して3次元形状を得る方法である．切削加工とは異なり，工具等の制限を受けることが無い為，切削加工では不可能な設計も可能となる．本プロセスを燃焼器の作製に適用できれば，工程数と作製時間の低減に寄与するものと考えられる．これまで，銅はレーザに対する吸収率が低く，波長が長いレーザによる造形が困難であるとされていた．しかし近年の積層造形機は出力が大きいファイバーレーザを搭載し，吸収率の低い金属に対しても積層造形が可能になりつつある．本研究では，ファイバーレーザを搭載した金属粉末積層造形機により銅合金の造形を行い，その組織と機械的性質に与える造形パラメータの影響について調べた．