金属クロムの表面欠陥によるガラス的脆化と合金元素の添加による延性の改善

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05650671
• Research Institution: Toyohashi University of Technology
• Principal Investigator: 森永 正彦 豊橋技術科学大学, 工学部, 教授 (50126950)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村田 純教 豊橋技術科学大学, 工学部, 助教授 (10144213)
• Keywords: クロム / 表面欠陥 / 環境脆化 / 水素脆性 / 分子軌道法 / 電子構造 / 合金設計

Research Abstract

金属クロムは、高温での耐酸化性およびクリープ強度において、現用の耐熱ニッケル合金よりも優れた特性を有している。しかしながら、常温での延性に乏しいことが問題であり、これが実用化への大きな妨げになっている。
本研究の第1の目的は、クロムの脆化のメカニズムを実験と理論の両面から調べることにある。第2の研究目的は、上記の理解に基づいて合金元素による延性の改善を図ることにある。
昨年度は、主に上記の第1の目的に沿って研究を行い、次のような成果を得た。
1.金属クロムの脆化の原因の一つとして、表面欠陥があることを三点曲げ試験ならびにスモールパンチ試験から明らかにした。
2.金属クロムは著しい環境脆化を示すことが、本実験から初めて分かった。すなわち、湿った大気中で最も高い延性を示し、真空、酸素、窒素、水素の順に延性が低下する。また、金属クロムは、環境中に含まれている水分によって、高い延性を示すことが明らかになった。このことはNaClのようなイオン結晶ではすでに以前から分かっていたことではあるが、金属ではこれが最初の発見である。また、これは金属間化合物(例、FeAl)が水分の存在により、かえって脆化することは正反対の結果であり、たいへん興味深い。この他、金属クロムの水素脆性を初めて観測した。
3.金属クロム中の各種合金元素の効果を理論的に見積もるために、分子軌道法(DV-Xαクラスター法)を用いて、その電子状態を系統的に計算した。
本年度は、これらの成果を踏まえて、第2の研究目的である「合金元素による延性の改善」に関する研究に着手する予定である。