2010 Fiscal Year Annual Research Report
耐熱合金の高温水蒸気酸化機構と高温エネルギー変換の高効率化
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21246108
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
丸山 俊夫 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (20114895)
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| Keywords | 耐熱合金 / 耐熱鋼 / 高温水蒸気酸化 / 火力発電 / 水素 / プロトン / 内部酸化/外部酸化 / 水素透過能 |
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| Research Abstract |
1)Cr_2O_3酸化皮膜中の水素透過能
Fe-Cr合金箔を制御された条件で酸化して、合金の両側に厚さ約2μmのCr_2O_3皮膜を作製した。その後、膜両側の酸素分圧を同じにしながら水素分圧のみを変化させ、水素透過能を1000℃で測定した。この手法はこれまでなかったものである。得られた水素透過能とその酸素活量依存性から低酸素活量下では、水素が中性原子として酸素空孔の位置に低濃度で溶解すること、すなわち、Cr_2O_3中の主たる欠陥構造を変化させないことから、Cr_2O_3皮膜の成長には水蒸気の影響はないことを示した。
2)鉄系酸化物皮膜(FeO,Fe3O4,Fe2O3)中の水素透過能測定
Pd-Fe合金箔を制御された条件で酸化し、合金上に単相の鉄系酸化物膜を作製して、その水素透過能を測定することを計画している。合金上に単相の鉄系酸化物膜を生成させるためには、Pd-Fe中のFeの活量に対応した酸化条件を設定することが必要である。そこで、Pd-Fe,Fe-O|安定化ZrO2|Airなる酸素濃淡電池により、650～800℃でPd-Fe(1～50at.%Fe)中のFeの活量を測定した。
3)熱サイクル酸化における酸化皮膜中の亀裂発生の検出
酸化過程において酸化皮膜中に亀裂が発生すると、部分的に酸素加速度、すなわち、酸素の消費量が増大し、試料近傍の酸素分圧が低下する。そこで、試料近傍の酸素分圧を連続的のモニターすることにより、亀裂の発生をin-situに検知できることを実験的に検証した。水蒸気雰囲気でFe-Cr合金の熱サイクル酸化を行った結果、冷却時に亀裂が発生し、サイクル数の増大とともに亀裂が発生のしやすくなることを示した。
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