合金の高温酸化による高導電率酸化物保護皮膜の形成

• 研究課題/領域番号: 06453084
• 研究種目: 一般研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 丸山 俊夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (20114895)
• 研究分担者: 南口 誠 東京工業大学, 工学部, 助手 (90272666) ; 須佐 匡裕 東京工業大学, 工学部, 助教授 (90187691) ; 永田 和宏 東京工業大学, 工学部, 教授 (70114882)
• 研究期間 (年度): 1994 – 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 6,200千円 (直接経費: 6,200千円); 1995年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 1994年度: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
• キーワード: 高温酸化 / 高導電率酸化物皮膜 / Sr-Cr-O系 / 状態図 / 標準生成ギブズエネルギー / 固体燃料電池 / セパレータ / 導電率 / 標準生成自由エネルギー / SrCrO_4 / Sr_3Cr_2O_8 / Sr_3Cr_2O_7 / 高導電率酸化皮膜 / 標準生成自由エネルギ

研究概要

多孔質(La,Sr) CoO_3を被覆したNi-Cr系の超合金を1000℃で高温酸化して,生成するCr_2O_3皮膜は耐酸化性に優れ,高導電性を有すること,および,この皮膜中にはSr-Cr-O系の化合物粒子が生成していることを見いだした.この高耐酸化性と高導電性を兼ね備えた酸化物保護皮膜の形成機構を明らかにするために,Sr-Cr-O系の相関係,および個々の化合物の標準生成自由エネルギー,さらにはそれらの電気伝導度に関する研究を行い,以下の結論を得た.
(1)Sr-Cr-O系の三元系の状態図をCr_2O_3と平衡する部分について作成した.その結果,SrCrO_4,Sr_3Cr_2O_8,Sr_3Cr_2O_7,Sr_2CrO_4,SrCr_2O_4が平衡相として存在することを明らかにした.
(2)安定化ジルコニアを固体電解質とした酸素濃淡電池と気相平衡法を併用して,SrCrO_4,Sr_3Cr_2O_8,Sr_3Cr_2O_7およびSr_2CrO_4の標準生成自由エネルギーを求めた.
(3)SrCrO_4,Sr_3Cr_2O_8およびSr_3Cr_2O_7の導電率を1000〜1100℃の範囲で、酸素分圧を変化させて測定した.Cr_2O_3と平衡するSrCrO_4の導電率は酸素分圧の-5/12乗に比例して変化し,Sr_3Cr_2O_8と平衡するSrCrO_4の導電率は酸素分圧に依存せず,一定であった.このことから,格子間Srイオンの生成により,生ずる電子による伝導であることを示した.Sr_3Cr_2O_8およびSr_3Cr_2O_7はともに,半金属的な導電性を示し,Cr_2O_3の導電率に比べて3桁程度大きいことを明らかにした.
以上のことからCr_2O_3の皮膜中に高導電性Sr-Cr-O系の化合物が析出し,それが3次元的に連なった導電経路を形成しすることにより,高導電性皮膜となっていると結論した.

研究成果

• [文献書誌] Tohru SHIOMITSU: "The Influeme of (La,Sr) CoO_3 Coatings on Flcctricul Resislarce of Ni-20 CrAllcys" Proc.of 4th Fntem.Sympo on Solicl Oxiocle Fuel Cell. 850-857 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Toshio Maruyama: "Elecfrical Coneclucfivily of SrCrO_4 and Sr_3Cr_2O_8 at Ezlevcted Teaperaturen in Relation to Highlyconcbehive Chumia Scale" Proc.of 4th Iutem.Sympo on Solid Oxile Fael Cell. 889-894 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Thoru Shiomitsu: "The Influence of (La, Sr) CoO3 coatings on the Electrical Resistance of Ni-20Cr Alloys in High Temperature Oxidizing Atmosphere" Proc.of the 4th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells. 850-857 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Toshio Maruyama: "Electrical Conductivity of SrCrO_4 and Sr_2Cr_2O_8 at Elevated Temperatures in Relation to the Highly Conductive Chromia Scale Formed on an Alloy Sepaarator in SOFC" Proc.of the 4th International Symposium on Solid Oxide Fuel Cells. 889-894 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より