2006 Fiscal Year Annual Research Report
長寿命・高信頼性遮熱コーティングを実現する拡散バリヤ型ボンドコートの創製
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16001004
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
成田 敏夫 北海道大学, 名誉教授 (60001252)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原 基 秋田大学, 工学資源学部, 教授 (50156494)
村上 秀之 (独)物質・材料研究機構, 材料研究所, 主席研究員 (30343867)
高島 敏行 北海道工業大学, 機械システム工学科, 教授 (20094815)
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| Keywords | 遮熱コーティング / 拡散バリア / 超合金 / 高温酸化 / アルミナスケール / Re基合金 / クリープ / バーナーリグ |
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| Research Abstract |
Re基合金を拡散バリヤとするボンドコート層[(Re-W-Cr-Ni)/(β+γ'系Ni-Al)]をNi基超合金(TMS-82+)に成膜するプロセスを確立し、耐酸化性、状態図と拡散、透過電子顕微鏡による組織観察、高温における変形のその場観察、クリープ試験とバーナーリグ試験による特性評価を実施した。
その結果、
(1)2,500℃以上の高融点を有する拡散バリヤ層(Re-W-Cr-Ni系σ相)の形成、
(2)Alリザバー層が保護的Al_2O_3を形成し、バリヤ層と安定に存在できる最適Al濃度(10〜50at%Al)の決定、
(3)1,150℃;1,000時間の耐久性、など本研究の最終目標を達成した。
(4)Re-Ni-Al, Ni-Cr-Al, Re-Cr-Ni系状態図を作成し、
(5)保護的Al_2O_3皮膜の密着性を支配する元素La, Y, Hf, Zrを溶融塩から電析することに成功し、
(6)1,150℃,1,000時間の耐酸化性を満足した(中期目標)。
550時間以上の長時間酸化で、Al_2O_3皮膜の一部の剥離等が観察されたことから、現在、(5)の微量元素の添加法の開発とAl_2O_3皮膜の剥離防止対策を進めている。
(7)高温における変形のその場観察、(8)クリープ試験と(9)バーナーリグ試験による評価を進めている。
Re基合金の拡散バリヤは超合金のクリープ変形に追従し、かつ、超合金との密着性にも優れていることを見出した。なお、Re基合金皮膜の塑性変形は世界的にも最初の発見である。本研究の成果から、拡散バリヤの実用化のための最重要課題(コーティング皮膜の形成による耐酸化性と超合金の機械的特性の両立)をクリヤしたものと考えられる。
現在、実用化(事業計画の前倒し)を目指して、タービンブレード(模擬)、燃焼器のノズル、発熱体、などへの成膜プロセスの開発を開始し、さらに、Ni基超合金(Mar-M247,CMSX-4,CMSX-10)、ハステロイ合金、ステンレス鋼、などへの応用・展開を進めている。
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