熱間静水圧プレス

等方圧プレスされたニッケル合金

熱間等方圧加圧（HIP）は、金属の多孔性を低減し、多くのセラミック材料の密度を高めるために使用される製造プロセスです。これにより、材料の機械的特性と加工性が向上します。また、HIPは粉末冶金HIP（PM-HIP）によって金属粉末またはセラミック粉末を接合して成形する際にも使用されます。

HIPプロセスでは、高圧容器内で部品を高温と静水圧の両方にさらします。これは、部品が室温で保持される冷間静水圧プレス（CIP）とは異なります。^{[ 1 ]}最も広く使用されている加圧ガスはアルゴンです。材料が化学反応しないように不活性ガスを使用します。金属の選択により、化学反応による悪影響を最小限に抑えることができます。必要な酸化還元条件に応じて、ニッケル、ステンレス鋼、軟鋼、またはその他の金属を選択できます。チャンバーが加熱され、容器内の圧力が上昇します。多くのシステムでは、必要な圧力レベルを達成するために、付随するガスポンプが使用されています。材料にはあらゆる方向から圧力がかかります（したがって、「静水圧」と呼ばれます）。

鋳物の加工では、この方法によって金属粉末を圧縮固体にすることもできます。不活性ガスは7,350～45,000 psi（50.7～310.3 MPa）で適用され、15,000 psi（100 MPa）が最も一般的です。処理の浸漬温度は、アルミニウム鋳物の900 °F（482 °C）からニッケル基超合金の2,400 °F（1,320 °C）までです。鋳物をHIP処理すると、熱と圧力を同時に適用することで、塑性変形、クリープ、拡散結合の組み合わせによって内部の空隙や微細孔が除去されます。この処理により、部品の疲労耐性が向上します。主な用途は、微小収縮の低減、粉末金属、セラミック複合材、金属クラッディングの固化です。熱間等方圧加圧は、焼結（粉末冶金）プロセスの一部として、また金属マトリックス複合材料の製造にも用いられ、^{[ 2 ]}積層造形における後処理にもしばしば用いられる。^{[ 3 ]}現代のHIP装置は、一般的にHIPに続く後続の熱処理工程を、いわゆる高圧熱処理に統合することができる。また、応力緩和や時効処理もHIP装置内で行うことができる。^{[ 4 ]}

HIP容器内の水分は、チタンやニッケル基超合金など、加熱雰囲気中で酸素と反応する材料にとって懸念事項である。^{[ 5 ]}材料内で発生する酸化は疲労寿命を短縮するため、材料を使用する前に機械的または化学的に加工する必要がある。 ^{[ 6 ]}しかし、新しいHIPの開発により、水分や酸素のないクリーンな雰囲気でHIPを行うことができるようになり、HIP後に材料を粉砕する必要がなくなった。^{[ 7 ]}

このプロセスは廃棄物の製造にも使用できる。焼成された放射性廃棄物（添加物を含む廃棄物）は薄壁の金属容器に詰められる。吸着されたガスは高熱で除去され、残りの物質は加熱サイクル中にアルゴンガスを使用して最大密度まで圧縮される。このプロセスにより、スチール製の容器を縮小して、廃棄コンテナ内および輸送中のスペースを最小限に抑えることができる。このプロセスは1950年代にバテル記念研究所で発明され^{[ 8 ]} 、1960年代から潜水艦の核燃料の製造に使用されている。また、不活性セラミックの製造にも使用されており、アイダホ国立研究所は放射性セラミック廃棄物の固化にこの方法を検証している。ANSTO （オーストラリア原子力科学技術機構）は、モリブデン99の製造から生じる廃棄放射性核種を固定化するプロセスの一部としてHIPを使用している。

参考文献

1. Green, Julissa (2023年9月21日). 「冷間静水圧プレス（CIP）入門」 .スパッタターゲット. 2024年10月7日閲覧。
2. Atkinson, Dr HV; Davies, S. (2000-12-01). 「熱間静水圧プレスの基礎的側面：概要」. Metallurgical and Materials Transactions A. 31 ( 12): 2981–3000 . Bibcode : 2000MMTA...31.2981A . doi : 10.1007/s11661-000-0078-2 . ISSN 1073-5623 . S2CID 137660703 .  
3. Simpson, Timothy W. (2018-05-05) 「ビルドが完了したら、なぜ請求書が届き続けるのか？」Modern Machine Shop、2018年5月18日閲覧。
4. Beamer, C.; Wessman, A. (2023-01-01). 「L-PBF F357における高圧熱処理（HPHTTM）の利用」 . Materials Research Proceedings . 38 (5560). doi : 10.21741/9781644902837-9 .
5. Jiang, J.; Hongyao, Y. (2024-02-01). 「マルチスケール特性評価によるNi-Co基超合金の高温酸化挙動の理解」. Corrosion Science . 227 (111800). doi : 10.1016/j.corsci.2023.111800 .
6. Gaillard, Q.; Steinhillber, F. (2025-01-01). 「レーザー粉末床溶融結合法で製造された熱処理済みTi-6Al-4Vにおいて、α相は表面からの疲労き裂発生を促進する」International Journal of Fatigue . 190 (108621). doi : 10.1016/j.ijfatigue.2024.108621 .
7. Paschalidou, EM.; Herting, G. (2025-09-01). 「L-PBF積層造形316Lステンレス鋼における異なる後表面処理が表面特性、耐腐食性、および金属移動に及ぼす影響」 . Results in Materials . 27 (100748). doi : 10.1016/j.rinma.2025.100748 .
8. 「HIPの進化」(PDF) . ASME.org . 1985年4月2日.

外部リンク

• 欧州粉末冶金協会（EPMA） - 熱間等方圧プレス（HIP）EPMA情報ページ