2022 Fiscal Year Research-status Report
積層クラッドを用いたアルミナイドとシリサイドの形成に及ぼす異種金属箔の影響の解明
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21K03762
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| Research Institution | Matsue National College of Technology |
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Principal Investigator |
新野邊 幸市 松江工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (20342545)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 金属間化合物 / 耐熱材料 / クラッド / 熱処理 / 反応拡散 / アルミナイド / シリサイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
次世代の耐熱材料として高温でも強度と耐酸化性を有するアルミナイドやシリサイドが注目されているが、高温でも塑性加工性に乏しいことから製造工程が限定される。そこで、アルミナイドやシリサイドの原材料となる金属板を積層させて、熱処理のみにより製造するプロセスをこれまでに考案している。すなわち、Ti-Al系アルミナイドを製造する場合にはTi板とAl板を積層させ、Fe-Al系アルミナイドではFe板とAl板を積層させる。本研究では異種金属の箔を積層させて、アルミナイドとシリサイドの形成過程に及ぼす第3元素の効果を調査した。第1期となるR03年度には超高融点材料として注目されているNb-Al系アルミナイドを主として、形成過程に及ぼす第3元素の効果を調査した。
第2期となるR04年度には軽量耐熱材料として期待されるTi-Al系およびFe-Al系アルミナイドの形成過程に及ぼす異種金属箔の影響を調査した。このうちTi-Al系試料では厚さ0.5mmのAl板2枚を厚さ0.01mmの異種金属箔で包み込み、厚さ0.5mmのTi板2枚で上下から挟み込み、ステンレス製クリップにより固定した。異種金属箔としては純Ni箔、純Fe箔、SUS430およびSUS304のステンレス鋼を用いた。加熱温度はAlの融点の直上である670℃とした。2元系試料や純Fe箔を用いたところAlが側面に流れ出たが、純Niやステンレス鋼では抑制された。いずれの試料でも粒子がAl中に分布した組織が反応途中で形成され、Alが消滅して反応が終了すると、粒子が連結してTi基材上に層状に堆積し、2元系試料と類似した形態となった。ただし、純Niでは粒子間に空洞が生じた領域が広い範囲で形成され、緻密な形態が生成しにくいことが分かった。
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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
第1期に実施したNb-Al系試料の形成過程と異なり、第2期に実施したTi-Al系試料では、第3元素である異種金属箔により微細粒子が形成しない。さらに、空洞が生じるなどの課題が見られた。しかしながら、純Ni箔を用いると共晶反応によりAl融液の融点が低下し、NiとAlだけが溶融して、Tiは溶融しない温度域がある。これにより、Alの融点以下である650℃においても、Ni箔を用いた場合にはAlが溶融してアルミナイドが形成されることが分かった。さらに、形成されたアルミナイドには粒子間の空洞が少なく、緻密な層状形態を構成することが確認できた。以上の結果から、異種金属箔の種類に応じて、加熱温度を変化させて、緻密なアルミナイドが生成できることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
第1期および第2期においてアルミナイドの形成過程を調査し、概ね形成過程に及ぼす異種金属箔の影響が明らかになったことから、当初の計画に基づいて、第3期ではシリサイドの形成過程を調査する。アルミナイドの原料であるアルミニウムは660℃で溶融するが、シリサイドの原料であるシリコンは1340℃と極めて高温で溶融し、汎用的な電気炉では対応が困難である。そこで、異種金属箔の選定には融点を下げる素材であることを条件とする。主に、チタン系シリサイドに注目して、シリサイドの形成に及ぼすアルミニウム箔の影響を調査する。続いて、チタン系で得られた知見を踏まえて、ニオブ系およびモリブデン系シリサイドの形成を試みる。アルミニウム箔を用いることで、670℃で熱処理を施し、チタンとシリコンを接合する。これに2段階目の熱処理を施すことで、チタンとシリコンとの反応拡散によるシリサイドの形成を試みる。組織観察には光学顕微鏡と走査型電子顕微鏡を用いて、結晶構造の特定にはX線回折装置を用いる。
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| Causes of Carryover |
研磨用砥粒剤等の単価が高騰したため、当初予定よりも少ない個数でしか購入できなかったために残額が生じた。
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