苛酷環境下における高強度・高耐食性Mo系複合材料の開発

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555187
• Research Institution: OKAYAMA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 吉尾 哲夫 岡山大学, 環境理工学部, 教授 (70032943)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨井 洋一 京都大学, 大学院・エネルギー科学研究科, 助教授 (90026245) ; 高田 潤 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (60093259) ; 長江 正寛 岡山大学, 環境理工学部, 日本学術振興会特別研究員 ; 加藤 泰弘 (株)サンリック, 技術部・部長
• Keywords: 優先窒化処理 / モリブデン合金 / モリブデン窒化物 / 析出強化 / 耐食性 / 沸騰硫酸

Research Abstract

本研究では,耐食材料としては従来全く注目されていなかったMo窒化物皮膜を,ガス窒化処理によってMo-Ti合金表面に形成し,母体を優先窒化処理によって超微細TiN粒子を分散析出させた高強度で軽量なMo金属とした従来にない全く新しい耐食材料の創製を目指した.主な成果を以下に示す.
NH_3ガス中でMo材料を窒化処理した場合に形成するMo窒化物皮膜は主として表層部のγ-Mo2N,内層部のβ-Mo2Nの二層から成っており,内部に生成するβ相は{011}<011>型の極めて珍しい微細双晶で構成されていることを明らかにした.Mo窒化物皮膜の耐食性について検討した結果,Mo窒化物皮膜そのものは沸騰硫酸溶液に対して極めて良好な耐食性を示すことを見い出した.しかし,窒化後の試料冷却中に皮膜にクラックが入ると,クラックの先端部で母相のMo金属が選択的に腐食されることが分かった.
この問題は窒化物皮膜をβ-Mo_2N相単相とすることで解決可能であり,β-Mo_2N被覆材料は85wt%の沸騰硫酸中(沸点約237℃)という極めて苛酷な環境下でも完全耐食性を示すことが分かった(腐食速度:0.0128mm/year).この値は従来の苛酷環境耐食材料であるTaに比べて約1/30であり,Mo窒化物被覆複合材料は耐沸騰硫酸用耐食材料として有望であることを明らかにした.Mo-Ti合金のN_2ガス優先窒化に関する研究では,Mo-Ti合金は従来の窒化温度(1300℃以上)よりも著しく低温の950℃でも優先窒化が可能であり,ナノスケールの超微細TiN粒子が分散析出することを見い出した.

Research Products

• [Publications] 長江正寛: "多段内部窒化処理による希薄Mo-Ti合金の再結晶制御"日本金属学会誌. 64卷・9号. 747-750 (2000)
• [Publications] 長江正寛: "内部窒化により組織制御したMo合金の機械的性質"日本金属学会誌. 64卷・9号. 751-754 (2000)
• [Publications] 青木薫: "ゴミ焼却炉模擬灰による炭化けい素の高温腐食"耐火物. 52卷・10号. 520-523 (2000)
• [Publications] H.Tamai: "Hydrothermal Corrosion and Strength Degradation of Aluminum Nitride Ceramics"Journal of the American Ceramic Society. 83. 3216-3218 (2000)
• [Publications] H.Tamai: "Corrosion Behavior of the Electroless Plated Aluminum Nitride in Hydrothermal Environment"Ceramic Transactions. 103. 491-501 (2000)
• [Publications] 吉尾哲夫: "材料の腐食科学のうねりとセラミックス"材料と環境. 49卷・12号. 717-718 (2000)
• [Publications] 青木薫: "300℃の水蒸気中における炭化けい素焼結体の腐食挙動"材料と環境. 49卷・11号. 706-709 (2000)
• [Publications] M.Nagae: "Microstructure of Molybdenum Nitride Layer Formed by Nitriding of Molybdenum Metal"Journal of the American Ceramic Society. (in press).
• [Publications] M.Nagae: "Surface Modification of Molybdenum Alloys by Carburization"Proc.of Powder Metallurgy World Congress & Exhibition 2000. (in press).
• [Publications] Y.Kusano: "Phase Diagram of the BaO(BaCO_3)-CaO-CuO System"Journal of the American Ceramic Society. 82. 1329-1332 (1999)
• [Publications] 中西真: "固相法により作製したLi添加Bi-2212相への電気化学的手法によるLiのインターカレーション"粉体および粉末冶金. 46卷・9号. 990-993 (1999)
• [Publications] 中西真: "プレセラミックス法によるN-Znフェライト/SiC系複合焼結体の作製と電磁波吸収特性"粉体および粉末冶金. 47卷・8号. 927-930 (2000)