2018 Fiscal Year Research-status Report
ニオブ基合金に適用する耐高温酸化性表面改質層の形成と状態図データベースの構築
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17K06865
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| Research Institution | Hokkaido University of Science |
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Principal Investigator |
齋藤 繁 北海道科学大学, 工学部, 教授 (30382477)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 熱サイクル酸化 / 合金相 / 層構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、耐高温酸化性表面改質層としてNb基合金上に適用するRe-Si-Al合金相の最適組成および熱サイクル酸化特性を明らかにするため、アーク溶解法を用いて種々のRe-Si-Al合金を作製し、熱サイクル酸化試験を行った。本研究で作製したRe-Si-Al合金は、Re-Si二元系においてRe2Si相とReSi1.8相それぞれの組成にAlを添加して三元合金とし、アーク溶解法により合金インゴットを作製した。作製した合金インゴットを切断後、切断面を鏡面研磨し、熱サイクル酸化試験を行った。熱サイクル酸化試験の条件は大気中で、1150℃で45min加熱保持後、室温まで15minの冷却を1サイクルとし、加熱と冷却を繰り返した。
熱サイクル酸化試験の結果、28at%Re-49at%Si-23at%Al合金試料において、38at%Si、31at%Alおよび31at%Reの組成を有するRe-Si-Al三元化合物相上に、38at%Si、31at%Alおよび31at%Reの組成を有するReSi1.8相が形成され、さらにReSi1.8相上には厚さ約4μmの酸化物層が形成した。この酸化物層はSEM-EDSによる元素マッピングの結果、ReやSiを含有しないAl2O3皮膜であると推察される。一方、アーク溶解後における51at%Re-26at%Si-23at%Al合金試料の断面組織観察において、ReSi1.8相と共存するRe2Si相は64at%Re、35at%Siおよび0.3at%Alの組成を有し、Alの固溶量は非常に小さいことが明らかになった。
以上の結果より、Nb基合金上にReSi1.8相→Re-Si-Al三元化合物相→ReSi1.8相→Al2O3皮膜のような層構造が熱力学に安定であり、さらに耐高温酸化性を付与することができると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
耐高温酸化性表面改質層としてNb基合金上に適用するRe-Si-Al合金相について、合金状態図および熱サイクル酸化による検討からおおよそ層構造を明らかにすることができた。次年度はNb-Re-Si-Al四元系合金による検討も進め、総合的考察を行う。
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| Strategy for Future Research Activity |
熱サイクル酸化試験は最大1500サイクルまで実施することが可能であり、他の試験片ではAl2O3皮膜の成長および剥離が抑制することにより、優れた熱サイクル酸化特性が得られた。本研究においても、Re-Si-Al合金相による熱力学的安定な層構造およびAl2O3皮膜の剥離抑制を実現することが求められる。次年度は、合金状態図および熱サイクル酸化試験による検討を行い、耐高温酸化性に優れた表面改質層の最適設計を行う。
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| Causes of Carryover |
本研究は熱サイクル酸化試験装置によって促進することができ、その購入により若干の次年度使用額が生じた。次年度の研究成果発表として旅費に充当する。
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