超高温タービン翼材料用NbSi_2基方向制御複相シリサイドの開発

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555232
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 馬越 佑吉 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00029216)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安田 弘行 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (60294021) ; 中野 貴由 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30243182)
• Keywords: シリサイド / 超高温材料 / 耐熱材料 / タービン翼材 / 変形 / 高温強度 / 破壊 / 一方向性凝固

Research Abstract

1500℃近傍で稼動可能な超高温タービン材料として、NbSi_2基方向制御複相シリサイドを候補材料とし、その高温強度改善のための状態図的な検討、その力学特性評価と高強度化のための適正添加元素の探索を行った。NbSi_2/CrSi_2系、NbSi_2/TaSi_2系、NbSi_2/MoSi_2系、NbSi_2/ZrSi_2系等、各種擬二元系のC40型相ならびにC11_b型相の相安定性ならびに固溶元素量を調べた。いずれの擬二元系も、C40型相ならびにC11_b型相中に互いの元素が大量に固溶し、しかも二相混合状態で安定に存在した。特にNbSi_2/MoSi_2系擬二元系について、その鋳造組織ならびに帯溶融法による結晶成長方向の制御を行った。NbSi_2/MoSi_2は包晶反応を示し、通常の凝固では二相の組織制御は困難である。しかし、帯溶融法を用いて、結晶成長速度10〜20mm/hが極めて遅い場合には、方向制御層状組織の作製が可能であった。しかも、このNbSi_2、MoSi_2両相は極めて良好な整合界面を形成した。この層状組織は、初晶のC40型相から固相変態によってC11_b型相が晶出する際に形成され、その結晶成長速度を制御することでその層間隔の制御も可能である。この層状組織は極めて良好な熱的安定性を示し、1500℃、100時間の焼鈍においても、乱れることなく、超高温耐熱材料にふさわしい特性を示した。この方向制御材の圧縮試験を行った結果、1500℃において400MPa程度の通常の金属材料から.は想像だにできない、高強度を示した。この高温強度は、C40型NbSi_2相中へのMoの固溶体強化と共に、転位芯近傍へのMo原子の固着による異常強化現象に由来し、かつNbSi_2/MeSi_2相界面が転位運動の障害物として、有効に働くためであることが判明した。

Research Products

• [Publications] K.Hagihara et al.: "Mehanical Properlies of C40-Based tennany Mo(SiAl)_2 and Quateraty (Mo,Zr)(Si,Al)_2 Silioides" Scripta Mater. 38[3]. 471-476 (1998)
• [Publications] T.Nakano et al.: "Microstructure and High-Temperature Strangth in MoSi_2/NbSi_2 Duplex Silicides" Intermetallics. 6. 715-722 (1998)