溶融塩電析と自己組織化による拡散障壁能を有する耐酸化コーティングの創製

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26420695
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 原 基 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50156494)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 福本 倫久 秋田大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (20343064)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 高温酸化 / コーティング / ニッケルアルミナイド / 溶融塩 / 電析 / 自己組織化 / 拡散障壁

Outline of Annual Research Achievements

Ni-10mass%Cr-2mass%Al合金を基材試料とし，水溶液を媒体としたNi電析と溶融塩を媒体としたHf電析，さらに水溶液を媒体としたNi電析と溶融塩を媒体としたAl電析（4段階電析）により，Niアルミナイドを表面層，Ni-Hf合金を内層とする2層型コーティングの作製を試みた。その結果，表面側よりNi2Al3層，Ni層，Ni-Hf合金（Hf濃度：約23at%）層から成るコーティングが形成された。比較のために，基材合金上にNi電析後，Al電析のみを行い，Ni-Hf合金を含まないNi2Al3層，Ni層から成るコーティングを作製した。これら2つのコーティング試料について，1373Kの大気下でサイクル酸化試験を200サイクルまで行った。その結果，両試料ともサイクル数の増加とともに酸化皮膜の剥離により質量がわずかに減少した。しかし，Ni-Hf合金層を含む試料はこれを含まない試料に比べ，質量減少が小さく，優れた耐サイクル酸化性をもつことがわかった。サイクル酸化試験に伴うコーティング層の断面を観察，分析した結果，3サイクル目でNi2Al3層は内層Niと相互拡散を起こしNiAl相に変化した。さらに，サイクル酸化に伴う表面層および基材合金中のAl濃度を調べた。その結果，Ni-Hf合金層を含む試料がNi-Hf合金層を含まない試料よりも表面層中のAl濃度が2～3at%高く，基材合金中のAl濃度が約2at%低いことがわかった。これにより，Ni-Hf合金層が表面層から基材合金へのAlの拡散を抑制していることがわかった。Ni-Hf合金層を含む試料では，10サイクル以降，酸化時間の経過とともにNi-Hf合金層の組織的分解が認められた。これに伴い，表面層上に形成されたアルミナスケール中にHfO2粒子が含まれるようになり，スケールが局部的に下地金属中に入り込むようになった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

１，水溶液を媒体としたNi電析，溶融塩を媒体としたHf電析，水溶液を媒体としたNi電析，溶融塩を媒体としたAl電析（4段階電析）により，Niアルミナイドを表面層，Ni-Hf合金を内層とする2層型コーティングを作製することができた。
２，Ni-Hf合金層を含む2層型コーティング試料は，1373Kでのサイクル酸化試験において質量減少が小さく，高い耐サイクル酸化性をもつことがわかった。
３，Ni-Hf合金層を含む2層型コーティング試料では，Ni-Hf合金層を含まない単層コーティング試料に比べ，サイクル酸化試験中におけるNiアルミナイド層中でのAl濃度の減少が少ないことから，Ni-Hf合金層がNiアルミナイド層から基材合金へのAlの拡散を抑制していることがわかった。

Strategy for Future Research Activity

本研究では，航空機用および発電用のタービン翼を保護する耐酸化コーティングの開発を目指している。平成26年度ではタービンの動翼として使用されるNi基合金に対し水溶液電析と溶融塩電析の組み合わせ（4段階電析）により，耐酸化層（Niアルミナイド）とAl拡散抑制層（Ni-Hf合金）から成るコーティングの作製を目指した。その結果，Ni-Hf合金層は直接接触しているNi基合金に対し組織的安定性が比較的高く，1373Kの酸化試験で10サイクルまで分解しなかった。今後は，タービンの静翼として使用されているCo基合金（Co-25mass%Cr-10mass%Ni）に対して平成26年度と同様の方法（4段階電析）により耐酸化層（Niアルミナイド）とAl拡散抑制層（Ni-Hf合金）から成るコーティングの作製を目指す。作製したコーティングについては，平成26年度と同じ条件のサイクル酸化試験を行い，耐サイクル酸化性を評価する。とくに，Co基合金と直接接触するNi-Hf合金層の組織的安定性を調べ，Ni基合金同様，Alの拡散抑制層として作用するかを調べる。

Causes of Carryover

次年度使用額が約80万円生じた。この理由は，溶融塩電析実験のために当初購入を予定してポテンショ・スタットを，他の研究プロジェクトで使用していたものにより代用したことによる。

Expenditure Plan for Carryover Budget

基材合金とするCo基合金の作製購入費，溶融塩電析用電解セル容器（透明石英管）の新規作製用費用，溶融塩電析用消耗品（ムライト管，アルミナ管，白金線，試薬，アルゴンガス）の購入，基材合金の切断・研磨用消耗品（カッター刃，研磨紙，研磨剤）の購入，成果発表用旅費（日本金属学会秋期大会・九州大学）