軽量耐熱Al_3Ti基合金のL1_2型相の安定性に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650695
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 間渕 博 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (70109883)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 津田 大 大阪府立大学, 工学部, 助手 (80217322)
• Keywords: 軽量耐熱材料 / 金属間化合物 / チタンアルミナイド / L1_2型構造 / 相平衡状態図 / 拡散接合 / 耐酸化コーティング / 傾斜機能材料

Research Abstract

宇宙・航空機用,自動車用など各種エンジン用の新しい軽量耐熱構造材料として,現在最も有力な候補材の一つにTi-Al系金属化合物のTiAl合金(L1_0型,γ相)がある.しかし,この材料は耐酸化特性が必ずしも十分でない.従って,TiAl合金の実用化を達成するためには耐酸化性皮膜をコーティングしたり,あるいは耐酸化性部材を接合するなどして使用する必要がある.一方.Ti-Al系金属間化合物の中に,きわめて優れた耐酸化性を有するAl_3Tiが存在する.しかし,Al_3Tiは複雑な結晶構造(正方晶系,D0_<22>型)であるためきわめて脆性的であり,TiAl合金に対する耐酸化性物質として適用できない.そこで,Al_3Tiの複雑な結晶構造を第三元素を添加する方法で単純な結晶構造に改変する研究を行い,この結果,Cr,Mnなどの遷移元素を添加することによってD0_<22>型構造が立方晶系のL1_2型構造になることを見出した.従って,L1_2型合金をTiAl合金に対する耐酸化性物質として保護皮膜あるいは接合部材として使用できる可能性がある.
本研究は,Ti-Al-Cr,Ti-Al-Mn系におけるL1_0型およびL1_2型合金の相平衡関係,即ちL1_2型相の安定性を明らかにし,両相の接合およびL1_2型合金のコーティングに関する研究を行った.この結果,両者はきわめて良好な状態で接合し,また,新しく開発した粉末パック法により,L1_2型合金のTiAl合金に対するコーティングに成功した.さらに,接合界面ならびに基盤(TiAl合金)とコーティング層(L1_2型合金)の界面は,拡散処理を行うことによって(コーティングの場合はそのままで),組成および組織を良好に傾斜化させることができた.また,本実験で得られた接合部材およびコーティング部材は,熱膨張係数と耐酸化性についても十分な特性を示すことがわかった.

Research Products

• [Publications] 間渕 博: "Ti-Al-Mn系L1_0型およびL1_2型合金の相平衡と接合による拡散層の傾斜化"日本金属学会誌. 62-11. 999-1005 (1998)
• [Publications] 間渕 博: "Ti-Al-Cr系L1_0型およびL1_2型合金の接合による拡散層の傾斜化."粉体および粉末冶金. 45-3. 225-230 (1998)
• [Publications] R. Ramaseshan: "Microstructure and Some Properties of TiAl-Ti_2AlC Composites Produced by Reactive Processing"Intermetallics. 7-5. 571-577 (1999)
• [Publications] T. Kawakami: "Oxidation Resistant Coating of L1_2-(Al,Cr)_3Ti on TiAl Alloys by Pack Cementation"J. Mater. Trans. JIM. 40-5. 381-384 (1999)
• [Publications] A. Kakitsuji: "Synthesis of TiAl-(TiB_2+Ti_2AlN) Composites by HIP Reactive Sintering"J. Mater. Trans. JIM. 40-11. 942-945 (1999)
• [Publications] H. Mabuchi: "Oxidation-Resistant Coating for Gamma Titanium Aluminides by Pack Cementation"Scripta Materialia. 41-5. 511-516 (1999)