金属間化合物TiAlの低酸素圧下における酸化挙動の解明

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09650782
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Yokohama National University
• Principal Investigator: 吉原 美知子 横浜国立大学, 工学部, 助手 (70111705)
• Keywords: 金属間化合物 / TiAl / 低圧酸化 / アルミナ形成 / 酸素固溶 / Z相

Research Abstract

金属間化合物TiAlを大気中で酸化するとAl_2O_3の連続性が少なく、TiO_2の混合した耐酸化性のない酸化皮膜を形成する。しかしTiAlを低酸素分圧下で熱処理すると、表面に連続したAl_2O_3皮膜が形成され、耐酸化性は大きく改善される。この時の圧力はTiO_2やAl_2O_3の平衡解離圧よりはるかに高い10^<-3>Pa程度で十分である。純Tiは酸素を多量に固溶し、10^<-3>Pa程度の比較的高い圧力でも酸化物を形成せず、酸化は長時間にわたって直線則を示す。TiAlでも同様な現象が起こる可能性がある。
本研究ではまず、熱天秤を用いてTiを大気中と低圧下で酸化し、大気中では酸化はほぼ放射線則に従うのに対し、低酸素圧下ではTiO_2は形成されず、直線則に従うことを確認した。次にTiAlを大気中と10^<-3>Pa程度の真空中で連続酸化し、酸化後の試料のX線解析を行った。その結果、TiAlの低圧酸化は初期に直線則を示すもののその時間は短く、その後放射線則に従った挙動を示した。さらに時間が経過すると、酸化速度はより小さくなった。酸化後の試料からはAl_2O_3のみが検出され、TiO_2は認められなかった。また、Ti-Al系の状態図にはないが、Al欠乏層として最近その存在が報告されているZ相に相当する回折線が観察された。このZ相はα_2相よりも酸素濃度が高く、大気中酸化よりも純酸素中で形成されやすいと報告されている。これらを考えると、TiAlを低酸素圧下で酸化するとAl_2O_3の生成に伴い、Al欠乏相であるZ相が形成され、ここに酸素は多量に固溶されるため、TiO_2の生成が阻止されるものと考えられる。酸化初期に観測される直線則は試料全面がAl_2O_3で覆われるまでの過程、放射線則はAl_2O_3層の成長とともに、Al欠乏相であるZ相へ酸素が固溶される過程、その後はAl_2O_3層によって酸化の進行が抑制されると考えられる。また、低圧下では純酸素中と同様、窒化物が生成せず、これもTiAlの表面への連続したAl_2O_3層の形成を容易にしているものと思われる。