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

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10555232
• 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, 講師 (30243182)
• Keywords: シリサイド / 超高温材料 / 耐熱材料 / タービン翼材 / 変形 / 強度 / 破壊

Research Abstract

C40型構造を有するNbSi_2は1500℃近傍の超高温で異常強化のピークを示し、優れた高温強度を有する。さらに、これにC11_b型構造を安定化するMoならびにWを添加すると、ピーク温度が上昇すると共に、強度も増加した。一方、C11_b型構造を有するMoSi_2は高温強度はNbSi_2には劣るが、多数のすべり系が活動し、比較的良好な変形能を示す。この両者の利点を生かし、複相化すれば強度、変形能に優れた超高温耐熱材料の開発が可能である。この複相シリサイドを通常の溶解、鋳造すると、両相は層状組織を形成するが、その方向は制御出来ず、また相界面の整合性も悪く、そのため結晶粒界及び界面においてクラックが発生し、強度、変形能共に改善することは出来なかった。この擬二元系複相シリサイドは、包晶反応を有し、そのため通常の方法では単結晶を得ることは出来ない。しかし、帯溶融法を用い、結晶成長速度、溶融温度を厳密に制御することによりC40型単結晶を得ることが可能となった。この単結晶を1500℃近傍で長時間保持することにより、C40相中にC11_b相を析出させ、方向制御層状組織を得ることに成功した。この層状シリサイドを形成するC11_b相とC40相はその界面において極めて良好な整合性を示した。また,強度ならびに変形能は層状組織に負荷される応力軸に著しく依存し,層界面に45°方向に応力を負荷した場合、優れた変形能を示した。一方、層界面に平行に応力を負荷すると、1400℃においても900MPa以上の優れた高温強度を示した。このような、方向制御された層状組織を有する複相シリサイドはその層状方向をタービン翼の長手方向に揃えれば、その応力負荷に耐え、従来の耐熱材料に比べて、飛躍的な耐熱温度の上昇が期待される。

Research Products

• [Publications] T.Nakano,M.Kishimoto,D.Furuta,Y.Umakoshi: "Effect of Substitutational Elements on Plastic Deformation Behaviour of NbSi_2-Silicide Single Crystals with C40 Structure"Acta materialia. 48. 3465-3475 (2000)
• [Publications] 馬越佑吉: "金属間化合物の異常強化挙動"ふえらむ. 5・10. 9-14 (2000)