統合型材料開発システムによるマテリアル革命 C領域

研究開発項目:C領域
「逆問題MIの実構造材料への適用(粉末・3D積層)」

目標

開発競争の激しい耐熱合金粉末プロセスと、次世代輸送・エネルギー機器用超高温耐熱材料であるセラミックス基複合材料について、統合型材料開発システムを活用した革新的な材料・プロセスを実現し、我が国の産業競争力強化を図る。

C1 Ni基合金の3D積層造形プロセスの開発

Ni基合金の3D積層造形プロセスは、部品形状・材料物性に革新をもたらす先端プロセスであり、発電用ガスタービン向け燃焼バーナーなどへの適用が期待されている。しかしながら、本プロセスが要求する複雑多岐に渡るパラメータの最適化が非常に難しいのが現状である。本研究では、3D積層造形プロセスMIにより見いだされる新規Ni基合金をフィジカル空間にて製造実証することを通じ、燃焼バーナーの高耐久化を目指す。

C2 高性能化のためのNi粉末鍛造プロセスの開発

民間用航空機エンジンのディスク材には、溶解プロセスによる高強度Ni基鍛造材が用いられてきたが、燃焼温度向上に対応し使用環境が厳しい高圧タービンディスクには粉末を原料としたNi基ディスク材が適用されており、今後も適用拡大が進む見込みである。本開発は、優れた国産技術を活用し従来の欧米プロセスと同等以上の機械的性質が得られる低コストな新規プロセスを開発するとともに国産化を可能とする。

C3 Ti合金の粉末・3D積層造形プロセスの開発

本研究では、3D積層造形(AM)プロセスにおける国内サプライチェーンである各機関と協同で粉末製造、粉末特性評価、積層造形性評価、造形部材特性評価を行い、上流から下流まで一貫したAMプロセスの競争力向上を狙う。特に、造形プロセスにおけるリコーティングシミュレーション技術(MI技術)の確立は、積層造形に用いるTi合金粉末の評価手法・指針の構築につながり、粉末~造形プロセスを通した画一的な評価が可能となる。

C4 高性能TiAl基合金動翼の粉末造形プロセス開発と基盤技術構築

需要が急増しているTiAl製低圧タービン動翼を設計の自由度が高い粉末プロセスにより開発することを目標に、材料工学と情報工学の融合により、その開発に資するMI基盤の構築(順問題)と検証(逆問題)を産学連携にて実施する。大学が設計し、企業側が製造する無二の「カスタマイズ粉末」を金属粉末射出成形法(MIM)とAMに同時に適用し、MI基盤の逆問題への適用と検証はMIMにて行い、それらの知見を将来の産業力強化に生かす。

C5 セラミックス基複合材料の航空機エンジン部材化技術の開発

セラミックス基複合材料(CMC)は軽量・耐熱材料として、航空機エンジンでの利用が期待されるが、部材使用にはその特徴を的確に捉えた、信頼性確保が急務である。本研究では、信頼性確保の重要課題をプロセス・組織・特性に分類し、理論・シミュレーション・実試験の融合での解決を目指す。得られた知見を統合し、重要な性能に関してCMCの実使用環境での振る舞いを模擬する「バーチャルテスト」を構築し、CMC部材開発の信頼性確保を実現する。