第3章：合成・プロセス方法

3.1 ハイエントロピー合金のバルク合成

バルクHEAの合成は、融点、密度、蒸気圧が異なる可能性のある複数元素の 均一な混合を達成する必要があるため、特有の課題があります。

3.1.1 アーク溶解

アーク溶解は、その簡便さ、高温材料の溶解能力、不活性雰囲気下での 最小限の汚染から、HEA合成の最も一般的な実験室技術です。

3.1.2 メカニカルアロイング

3.2 放電プラズマ焼結（SPS）

放電プラズマ焼結は、急速加熱と従来焼結より低温で高密度を達成できることから、 HECとHEOに特に適した粉末圧密技術です。

3.3 薄膜・コーティング堆積

3.3.1 マグネトロンスパッタリング

3.4 アディティブマニュファクチャリング

3.4.1 選択的レーザー溶融（SLM）

import numpy as np

def volumetric_energy_density(power, scan_speed, hatch_spacing, layer_thickness):
    """
    SLMプロセスの体積エネルギー密度を計算。

    パラメータ:
    -----------
    power : float - レーザー出力 (W)
    scan_speed : float - スキャン速度 (mm/s)
    hatch_spacing : float - ハッチ間隔 (μm)
    layer_thickness : float - 層厚 (μm)

    戻り値:
    --------
    float : 体積エネルギー密度 (J/mm³)
    """
    h_mm = hatch_spacing / 1000  # mmに変換
    t_mm = layer_thickness / 1000  # mmに変換
    E = power / (scan_speed * h_mm * t_mm)
    return E

# 例：CoCrFeMnNiのパラメータ
E = volumetric_energy_density(280, 1000, 100, 30)
print(f"体積エネルギー密度: {E:.1f} J/mm³")
print(f"推奨範囲: 40-70 J/mm³")

3.4.2 指向性エネルギー堆積（DED）

DEDプロセス（レーザー金属堆積、LMDとも呼ばれる）は、レーザーまたは電子ビームで 作成された溶融プールに粉末またはワイヤーを供給します。以下に特に適しています：

• 大型部品：数メートルまでの造形体積
• 補修・クラッディング：既存部品へのHEAコーティング
• 組成傾斜材料：造形中の組成変更
• マルチマテリアル構造：一つの部品に異なるHEAを組み合わせ

3.5 溶液法

3.5.1 ゾル-ゲル法

3.5.2 共沈法

共沈法は溶液から複数の金属水酸化物またはシュウ酸塩を同時に沈殿させ、 その後焼成します。主な考慮事項：

• pH制御：すべてのカチオンの均一沈殿に重要
• 沈殿剤：NaOH、NH₄OH、シュウ酸、炭酸アンモニウム
• 洗浄：汚染を避けるため対イオン（Na⁺、NH₄⁺）を除去
• 焼成：温度が結晶性と粒径に影響

3.6 プロセス-組織-特性関係

3.7 まとめ

3.8 演習問題