酸素でもろくなるはずのチタンを酸素で強くすることに成功

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元素としてのチタンで、銀色がかった灰色の金属です。チタンは、イルメナイトやルチルといった鉱物から作られます。

チタン合金の中には「間取りの違う2つの部屋」がある

ロールス・ロイス社のエンジン「トレントXWB」に使われている、チタン合金「Ti-6Al-4V」でできた羽根です。今回の研究で酸素を多めに含ませたのも、この合金です。

今回の主役は、チタンにアルミニウムを重さで6%、バナジウムを4%混ぜた「Ti-6Al-4V」という合金です。

チタン合金の代表格で、チタンの市場の5割を超えるほど使われています。

チタンで作られた航空機の部品です。

この合金の標準的な規格「グレード5」では、酸素は重さで0.20%未満と決められています。

酸素が増えると、伸びる力が一気に失われてしまうのを防ぐためです。

ただし最近は、酸素をうまく使えば、合金の中に役立つ構造を作れるという見方も出てきました。

その工夫を理解するには、この合金の中身を知っておく必要があります。

Ti-6Al-4Vの中には、原子の並び方が違う2種類の結晶が混ざっています。

研究者たちは、それぞれをα(アルファ)相、β(ベータ)相と呼んでいます。

1つの建物の中に、間取りの違う2種類の部屋が並んでいるようなものです。

α相とβ相が混ざった合金では、これまで酸素を味方にする工夫は、ほとんどがα相という部屋の中だけの話でした。

では、2つの部屋がそろっている合金で、β相にも十分な酸素を送り込んだらどうなるでしょうか。

研究チームは、そこで新しい役立つ構造が生まれ、性能が上がるかもしれないと考えました。

そこで使われたのが、酸素を多く含んだチタンの粉です。

純度99.9%以上のチタンの粉です。

研究チームはこの粉を材料に、層を積み重ねて形を作る方法(積層造形)で合金を作りました。

このとき、酸素をα相とβ相の両方に狙って振り分けるのがポイントです。

合金全体に含まれる酸素は重さで0.39%と、規格の上限のおよそ2倍にあたります。

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