せん断アシスト加工と押出

太平洋岸北西部国立研究所、ワシントン州リッチランド

せん断支援加工および押出 (ShAPE™) により、材料特性の大幅な向上を示すワイヤー、バー、および管状の押出成形品を作成できます。 たとえば、マグネシウムの押出成形品は、従来の方法に比べて前例のない延性（材料が破断するまでにどれだけ伸びることができるか）とエネルギー吸収性（管状の押出成形品の圧縮中にどれだけのエネルギーを吸収できるか）を備えて製造されています。

この技術は、PNNL の一連の固相処理 (SPP) の一部であり、通常金属製造に関連する溶融ベースの方法よりも優れ、安価で環境に優しい金属製造へのアプローチです。

ShaPE では、金属粉末、フレーク、ビレットなどの原材料を入れたキャニスターが回転するダイに押し込まれます。 原材料とダイの界面で摩擦加熱が発生し、押出される材料のみが軟化するため、従来の押出成形で使用されていた原材料の予熱や外部熱の適用が不要になります。 ダイ面のらせん状の溝により、材料が押出オリフィスに向かって内側に送られるため、押出時に必要な力が大幅に軽減されます。

一例として、ShAPE を使用すると、従来の押出成形に比べて 50 倍少ない力と大幅に低い消費電力で、ナノ構造のアルミニウム粉末を丸棒に直接押し出すことができ、同時に 2 倍の延性を達成できます。 従来の粉末処理に必要な、コストと時間のかかるステップが完全に排除されます。 力と出力が低いため、生産機械を大幅に小型化できます。

マグネシウムで実証された 200:1 の押出比により、ShAPE は従来の押出では複数のパスが必要だったものを 1 回のパスで達成します。 この技術により、他の押出プロセスでは不可能な、押出成形における結晶粒の微細化と微細構造の配向の制御が可能になります。 さらに、ShAPE で製造されたマグネシウム押出材は、一部の自動車構造用途 (自動車バンパーなど) で使用するのに十分な延性とエネルギー吸収性を備えた押出材を製造するために高価な希土類元素を必要としないため、大量生産においてより手頃な価格が可能になります。

ShaPE は、電力業界の熱交換器に使用できる耐クリープ鋼や、電気モーターに応用できる高導電性銅や先進的な磁石を製造するための実行可能な方法となる可能性があります。 また、航空宇宙産業で応用される高強度アルミニウム棒の製造にも使用されています。 さらに別の潜在的な用途では、ShAPE は半導体熱電材料を製造する方法として有望です。

詳細については、Technology Commercialization Manager の Sara Hunt までお問い合わせください。このメール アドレスはスパムボットから保護されています。 閲覧するにはJavaScriptを有効にする必要があります。

この記事は、Tech Briefs Magazine の 2019 年 7 月号に初めて掲載されました。

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