2022 Fiscal Year Annual Research Report
Construction and application of multiscale strengthening for Ni-based intermetallic alloys
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21H01656
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
金野 泰幸 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (50214482)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 金属間化合物 / 耐熱合金 / 二重複相組織 / 合金設計 / 組織制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マルチスケール組織創製のためのマトリックス組織の強化に関して、遷移元素添加と非化学量論組成化したNi基二重複相金属間化合物の熱的安定性ついて調査を行った。本合金の基本組成であるNi-Al-V合金に対して、化学量論組成よりNi量を増加させると、二重複相組織中の初析の形状は矩形状から崩れ、丸みを帯びるように変化するが、これらの合金を、高温・長時間で熱処理（1050℃-120h）を行っても組織粗大化はほとんど生じず、また硬さや引張強度、伸び等の機械的特性にも変化が無く、耐熱性に優れることが確認された。一方、Ni-Si-Ti系の単相組織合金については、いくつかの元素で二相化による高温延性の改善効果が観察されたが、室温強度の低下という問題も顕在化してきた。そこで、本年度は二相組織化する元素を複数同時添加して機械的特性を調査した。その結果、単独添加に比べて複数の元素を同時に添加した方が室温強度は増加し、室温から高温に至る温度範囲で強度・延性を改善できる合金成分・組成を見出した。
前年度の研究で、Ni-Al-V合金粉末と高融点元素であるMo粉末を用いて、レーザメタルデポジション（LMD）により作製した肉盛層において、レーザ肉盛後に熱処理を行うことで、二重複相組織をマトリックスとして、粗大な初晶Mo固溶体相と微細なMo析出物が分散した複相組織をもつNi基超々合金肉盛層の作製が可能であることがわかったが、本組織が高温で硬化する現象を観察した。そこで本肉盛層に種々の熱処理を行い、組織と硬さの変化を詳細に調べた結果、熱処理温度の上昇とともに組織は複雑に変化し、マトリックスの規則化および微細析出により硬化することが明らかとなった。この結果を基に熱処理条件を最適化したところ、室温硬さが800HVで、900℃の高温硬さが約400HVとなる肉盛層の開発に成功した。
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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
Ni基金属間化合物合金をマトリックスとしたマルチスケールの新たな複相組織の創生を行っている。本年度は、非化学量論組成化および高融点元素を添加した二重複相組織の高温組織安定性が良好であることを確認し、耐熱性に優れたマトリックス組織についての合金設計の指針が明確となった。また、実用用途では重要な使用法となる肉盛層において、Ni-Al-V-Mo系肉盛層が熱処理によって顕著に硬化することを見出し、既存材料に比べて高いポテンシャルを有する肉盛材料の開発につなげるなど、当初目標を上回る成果も得られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も本研究課題の目的である、Ni基金属間化合物合金のさらなる高強度化と耐摩耗性の向上を図るための新規なマルチスケール複相組織に関する研究を行う。具体的には、二重複相組織および単相金属間化合物組織に対して、硬質あるいは軟質相を導入することで複相組織化を行い、特性評価によりその有用性の検証を進める。さらに、二重複相組織とは異なる新たな組織をもつ合金系についても研究を進め、金属間化合物をベースにしたマルチスケール強化原理の構築を目指す。
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