2021 Fiscal Year Annual Research Report
超高温域の状態図研究と高比強度クロム基耐熱材料の創製
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20H00298
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大森 俊洋 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60451530)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大沼 郁雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 構造材料研究拠点, 上席研究員 (20250714)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 状態図 / 耐熱材料 / クロム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
状態図：今年度は、Cr-Ta二元系、Cr-Si-Ta三元系状態図の実験的決定とCALPHAD法による熱力学解析を行った。Ta含有試料の熱処理は酸化の影響を受けやすく、熱処理時に利用するセラミックス耐火物の選定を行い、アルミナよりもイットリアが適切であることがわかった。前年度に検討を行った超高温域におけるDTAによる熱分析、高周波誘導加熱炉と二色式温度計の組み合わせによる熱処理手法を基にし、Cr-Ta二元系の相平衡実験を行った。Taリッチ側で過去に報告のあった固相反応は酸化物の影響である可能性が高いことが判明し、新たにCr-Ta系状態図を決定することができた。また、Cr-Si-Ta三元系の1800℃、1400℃等温断面図決定のための相平衡実験を開始させた。さらにCALPHAD法による熱力学解析を実施し、Cr固溶体、ラーベス相、Ta固溶体からなる状態図を、正則溶体モデル、副格子モデルを採用して熱力学パラメータを決定することができた。これにより、実験状態図を計算により再現できることを確認した。
ミクロ組織制御と高温強度：Cr-X二元系、Cr-Si-X三元系合金を準備し、添加元素がミクロ組織と高温強度に及ぼす影響をSEMによる組織観察と1000℃における圧縮試験により調査した。特にTaは強度と延性の観点から有望であることがわかった。今後は、Cr3Si相とCr2Ta相の複層組織のミクロ組織制御と、耐酸化性を確保するために必要なSi量の特定を行うことが必要である。
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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
前年度で実施した高温域における熱分析や熱処理の実験方法を基にし、Cr-Siよりもさらに高温域であるCr-Ta系状態図を決定することができた。また、Taが高温強度の点でも効果的な添加元素であることが判明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Taが効果的な添加元素であることが判明したため、Taを含む合金系の状態図とミクロ組織制御、高温強度の評価を深めていく必要がある。さらに、延性の向上のための置換元素も検討する必要があると考えられ、Co、Ni、Moなどを候補に検討していく予定である。
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