長寿命・高信頼性遮熱コーティングを実現する拡散バリヤ型ボンドコートの創製

• 研究課題/領域番号: 16001004
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系; 工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 成田 敏夫 北海道大学, 大学院・工学研究科, 名誉教授 (60001252)
• 研究分担者: 原 基 秋田大学, 工学資源学部, 教授 (50156494) ; 高島 敏行 北海道工業大学, 機会システム工学科, 教授 (20094815) ; 村上 秀之 (独)物質・材料研究機構, 材料研究所, 主席研究員 (30343867)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 588,510千円 (直接経費: 452,700千円、間接経費: 135,810千円); 2008年度: 67,340千円 (直接経費: 51,800千円、間接経費: 15,540千円); 2007年度: 73,060千円 (直接経費: 56,200千円、間接経費: 16,860千円); 2006年度: 109,850千円 (直接経費: 84,500千円、間接経費: 25,350千円); 2005年度: 158,470千円 (直接経費: 121,900千円、間接経費: 36,570千円); 2004年度: 179,790千円 (直接経費: 138,300千円、間接経費: 41,490千円)
• キーワード: 遮熱コーティング / 拡散バリヤ / 高温酸化 / タービン / Ni基合金 / 拡散バリア / Ni基単結晶超合金 / クリープ / 熱酸化物層 / 二次反応層 / 超合金 / アルミナスケール / Re基合金 / バーナーリグ / Ni基超合金 / TCP相 / 溶融塩めっき / 拡散バリヤー / ガスタービン / 拡散バリヤボンドコート / レニウム基合金 / 耐酸化性 / 基材とコーティングの相互作用 / 状態図 / 相互拡散

研究概要

タービンの燃焼ガス温度上昇は省エネと炭酸ガス排出抑制の実効的手段である。本研究では、拡散バリヤ型ボンドコート(DBCシステム:基材/Re-Cr-W-Niバリヤ/Alリザバ/Al_2O_3/雰囲気)を提案し、システムの最適解を決定する手法を採用して、高効率GT,JEに適用できる長寿命・高信頼性ボンドコートを開発した。本DBCシステムはFe,Ni、Nb等の耐熱合金にも適用できることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Formation of Ni Aluminide Containing Hf by Simultaneous Electro-deposition of Al and Hf and Cyclic-oxidation Resistance (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Fukumoto, T.Ono, T.Meguro, M.Hara, T.Narita
  • 雑誌名: Materials Transactions 51,No.4 ページ: 720-726
  • NAID: 10026266835
• [雑誌論文] Effect of the Electro-deposition Temperature on the Cyclic-Oxidation Resistance of Ni Aluminide Containing Zr Formed by Molten-Salt Electro-deposition (2009)
  • 著者名/発表者名: M.Fukumoto, T.Suzuki, M.Hara, T.Narita
  • 雑誌名: Materials Transactions 50 ページ: 335-340
  • NAID: 10024811868
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Re-W- Cr-Ni Diffusion Barrier on High-Temperature Oxidation of Pt- Modified β-NiAl Coated Superalloy (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Izumi, T.Yoshioka, T.Narita
  • 雑誌名: J.Japan Inst.Metals 72,No.9 ページ: 728-732
  • NAID: 10024273272
• [雑誌論文] Tie-Lined Compositions of the σ and (γ,γ',β) Phases in a Ni-Al-Re-Cr System at 1423K (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, K.Kurokawa, T.Takashima, T.Narita
  • 雑誌名: J.Japan Inst.Metals 72,No.9 ページ: 639-643
  • NAID: 10024273010
• [雑誌論文] Experimental Determination of Isothermal Phase Diagram at 1423K in Ternary Re-Cr-Ni System (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Saito, K.Kurokawa, S.Hayashi, T.Takashima, T.Narita
  • 雑誌名: J.Japan Inst.Metals 72 ページ: 132-137
  • NAID: 10021149740
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Pt-Modified γ'-Ni_3Al and Re-Based Alloy Coating System and Cyclic Oxidation Behavior of Coated Superalloy (2008)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, S.Ford, T.Yoshioka, T.Nishimoto, T.Izumi, S.Hayashi
  • 雑誌名: Materials Science Forum 595-598 ページ: 135-141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Re-Cr-Ni系における1423Kの等温状態図の実験的決定 (2008)
  • 著者名/発表者名: 斉藤繁, 黒川一哉, 林重成, 高島敏行, 成田敏夫
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 72 ページ: 132137-132137
  • NAID: 10021149740
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Stability of a Rhenium-Based Diffusion Barrier Coating Layer on a Ni-based Superalloy (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Wang, S.Ohnuki, S.Hayashi, T.Yoshioka, M.Hara, T.Narita
  • 雑誌名: Materials Transactions 48,No.2 ページ: 127-132
  • NAID: 10018508476
• [雑誌論文] Deformation behavior of ReCr Sigma Phase Diffusion Barrier on Ni-Based Superalloy (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Miura, K.Ohkubo, T.Mohri, T.Yoshioka, T.Narita
  • 雑誌名: Mater.Res.Soc.Sympo.Proc. 980
• [雑誌論文] TiAl合金の高温変形挙動に及ぼす耐酸化コーティングの影響 (2007)
  • 著者名/発表者名: 西本工, 林重成, 成田敏夫
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 71 ページ: 25-33
  • NAID: 10018665581
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Effect of an Applied External Tensile Stress on the oxidation behavior of a Nickel base Alloy with a Re-base Diffusion Barrier Coating (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Sakata, S. Hayashi, T. Nishimoto, T. Yoshioka, T. Narita
  • 雑誌名: Oxi.Met. 68 ページ: 295311-295311
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Rhenium-base Diffusion-barrier-coating System on Ni-base Signle Crystal Superalloy and its Stability at 1423K (2007)
  • 著者名/発表者名: D. Sumoyama, K. Z. Zaini, T. Nishimoto, S. Hayashi, T. Yoshioka, T. Izumi, T. Narita
  • 雑誌名: Oxi.Met. 68 ページ: 313329-313329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation and Oxidation behavior of a Diffusion Barrier Coating System on a Ni-Mo base alloy at 1373K in Air (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. katsumata, T. Yoshioka, K. Z. Thosin, S. Hayashi, T. Nishimoto, T. Izumi, T. Narita
  • 雑誌名: Oxi.Met. 68 ページ: 331342-331342
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Stability of Rhenium-Based Diffusion barrier Coating layer on a Ni-Based Superalloy (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Wang, S.Ohnuki, S.Hayashi, T.Yoshioka, M.Hara, T.Narita
  • 雑誌名: Materials Transactions 48・2 ページ: 127-132
  • NAID: 10018508476
• [雑誌論文] Deformation Behavior of ReCr-Sigma Diffusion barrier on Ni-Based Superalloy (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Miura, K.Ohkubo, T.Mohri, T.Yoshioka, T.Narita
  • 雑誌名: Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 980
• [雑誌論文] Effect of Alloying Element on Microstructure of NiAl-X / Oxide Scale Interface (2006)
  • 著者名/発表者名: S.Kawata, K.Kurokawa, A.Yamauchi, S.Watanabe, T.Narita
  • 雑誌名: J.Japan High- Temperature Materials 32,No.2 ページ: 118-122
  • NAID: 10029253869
• [雑誌論文] Formation of Ni aluminide Layer Containing La by Molten-Salt Electro deposition and Cyclic-oxidation Resistance (2006)
  • 著者名/発表者名: M.Fukumoto, M.Hara, T.Narita
  • 雑誌名: Materials Science Forum 522-523 ページ: 377-381
• [雑誌論文] Influence of Pre-oxidation on the Corrosion and mechanical Strength of Fe-25Cr and Fe-25Cr-2ONi Alloys at 973K (2006)
  • 著者名/発表者名: II Ryoung Sohn, T. Narita
  • 雑誌名: Oxidation of Metals 65・3/4 ページ: 181-194
• [雑誌論文] Hastelloy-Xの高温クリープ変形挙動に及ぼす拡散バリアコーティングの影響 (2006)
  • 著者名/発表者名: 坂田幹宏, 林重成, 成田敏夫
  • 雑誌名: 耐熱金属材料123委員会研究報告 47・1 ページ: 99-107
• [雑誌論文] The Role of Bond Coat in Advanced Thermal Barrier Coating、 (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, S.Hayashi, L.Fengqun, K.Z.Thosin
  • 雑誌名: Materials Science Forum Vol.502 ページ: 99-104
• [雑誌論文] Ni-Al系耐酸化コーティングを施したHastelloy Xの酸化挙動におよぼす拡散障壁層の効果、 (2005)
  • 著者名/発表者名: 勝又雄一, 吉岡隆幸, Kemas Zaini Thosin, 林重成, 成田敏夫
  • 雑誌名: 耐熱金属材料123委員会研究報告 Vol.46、No.2 ページ: 183-189
• [雑誌論文] Changes of an Outer β-NiAl and Inner α-Cr Coating on Ni-40at%Cr Alloy during Oxidation at 1373K in Air (2005)
  • 著者名/発表者名: D.Yoshida, Y.Shibata, S.Hayashi, T.Narita
  • 雑誌名: Oxidation of Metals 64(1/2) ページ: 119-130
• [雑誌論文] 溶融塩電析法によるLaを含むNiアルミナイド表面層の形成とその耐サイクル酸化性 (2005)
  • 著者名/発表者名: 福本倫久, 原基, 成田敏夫
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 69巻8号 ページ: 695-698
  • NAID: 130004455616
• [雑誌論文] Formation of Ni aluminides layer coatnining La by molten-salt electro-deposition and cyclic-oxidation resistance, (2005)
  • 著者名/発表者名: M.Fukumoto, M.Hara, T.Narita
  • 雑誌名: Proceedings of 5^<th> ICMC Vol. No.1 ページ: 282-286
• [雑誌論文] Re-Cr-Ni系合金の平衡状態図 (2005)
  • 著者名/発表者名: 斎藤繁, 高島敏行
  • 雑誌名: 2005Symposium on materials and Systems for Energy Conversion Vol.1 No.1 ページ: 245-250
• [雑誌論文] レーザー顕微鏡を用いた環境下高温3点曲げ変形挙動の観察の試み (2005)
  • 著者名/発表者名: 三浦誠司, 岡和彦, 毛利哲雄, 成田敏夫
  • 雑誌名: 実験力学 5 ページ: 203-208
• [雑誌論文] Formation and oxidation behavior of Ni_2Al_3 coating on heat-resistant Ti-alloy (2005)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Izumi, Takumi Nishimoto, Toshio Narita
  • 雑誌名: Intermetallics 13 ページ: 615-619
• [雑誌論文] Oxidation Behavior of a Re-Base Diffusion-Barrier/β-NiAl Coating on Nb-5Mo-15W at High Temperatures (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsumura, M.Fukumoto, S.Hayashi, A.Kasama, I.Iwanaga, R.Tanaka, T.Narita
  • 雑誌名: Oxidation of Metals Vol.61 Nos.1/2 ページ: 105-124
• [雑誌論文] Sulfidation behavior of Fe-40Al sheet in H_2-H_2S mixtures at high temperatures (2004)
  • 著者名/発表者名: Fengqun Lang, Zhiming Yu, Shalva Gedevanishvili, SeetharamaC.Deevi, Shigenari Hayashi, Toshio Narita
  • 雑誌名: Intermetallics 12 ページ: 469-475
• [雑誌論文] Oxidation behavior of TiAl (Cr,Ag) at 900℃ in water vapor (2004)
  • 著者名/発表者名: Zhenyu Liu, Toshio Narita
  • 雑誌名: Intermetallics 12 ページ: 459-468
• [雑誌論文] Improvement in Oxidation Resistance of Stainless Steel by Molten-Salt Electrodeposition of La (2004)
  • 著者名/発表者名: Michihisa Fukumoto, Rie Yamashita, Motoi Hara
  • 雑誌名: Oxidation of Metals Vol.62, No.5/6 ページ: 309-322
• [雑誌論文] 電析法による金属Nb上へのNi-Al金属間化合物のコーティングとその耐酸化性 (2004)
  • 著者名/発表者名: 福本倫久, 松井亮, 原基, 成田敏夫
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 Vol.68, No.8 ページ: 548-551
  • NAID: 10013466258
• [雑誌論文] Yの溶融塩電析処理によるステンレス鋼の耐サイクル酸化性の改善 (2004)
  • 著者名/発表者名: 福本倫久, 原基
  • 雑誌名: 日本金属学会誌 Vol.68, No.2 ページ: 101-104
  • NAID: 10012647684
• [雑誌論文] Effect of Al Electrodeposition Treatment Using Molten Salt on the High Temperature Oxidation of TiAl (2004)
  • 著者名/発表者名: Michihisa Fukumoto, Motoi Hara, Toshiro Nagataki
  • 雑誌名: Oxidation of Metals Vol.61, No.1/2 ページ: 1-16
• [雑誌論文] 耐酸化コーティング 化学ポテンシャルと相互拡散の利用 (2000)
  • 著者名/発表者名: 林重成, 成田敏夫
  • 雑誌名: 材料と環境 55・11 ページ: 476-482
  • NAID: 10019371790
• [学会発表] Diffusion Coating of Hf and Al on Ni-base Alloys by Co-packing Process (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Narita
  • 学会等名: ASEAN-INDIA Workshop and Annual Meeting on Surface Engineering II-2009
  • 発表場所: Bandung, Indonesia(Plenary Presentation)
  • 年月日: 2009-12-01
• [学会発表] The Use of Diffusion Barrier Coating System to Extend the Life of β-phase and γ'+ γ Coatings Under Cyclic Oxidation (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Narita
  • 学会等名: Golden Research Conference -High Temperature Corrosion-New London
  • 発表場所: NH, USA(Invited Presentation)
  • 年月日: 2009-07-29
• [学会発表] The Use of Diffusion Barrier Coating System to Extend the Life of β-phase and γ'+γ Coatings Under Cyclic Oxidation (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Narita
  • 学会等名: Golden Research Conference
  • 発表場所: New London, NH, USA Colby-Sawyer College
  • 年月日: 2009-07-29
• [学会発表] Creep and Oxidation Behavior of Heat-Resistant Alloys with Diffusion Barrier Coating System (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, T.Izumi, T.Yoshioka, S.Ford, S.Hayashi, T.Nishimoto
  • 学会等名: The 12th International Conference on Fracture
  • 発表場所: Ottawa, Canada(Keynote Presentation)
  • 年月日: 2009-07-15
• [学会発表] Creep and Oxidation Behavior of Heat-Resistant Alloys with Diffusion Barrier Coating System (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, T.Izumi, T.Yoshioka, S.Ford, S.Hayashi, T.Nishimoto
  • 学会等名: The 12^<th> International Conference on Fracture
  • 発表場所: Ottawa, Canada, The Westin Ottawa
  • 年月日: 2009-07-15
• [学会発表] Strategic Research Collaboration in Materials for Energy (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Narita
  • 学会等名: International Workshop on Advanced Materials for New and Renewable Energy
  • 発表場所: Jakarta, Indonesia(Plenary Presentation)
  • 年月日: 2009-06-10
• [学会発表] Beneficial Effect of Ti on α-Al2O3 Formation of Coatings at 1173K (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, T.Nishimoto, Y.Kitazima, S.Hayashi
  • 学会等名: The 2nd Workshop on Thermal barrier Coating for Gas Turbines
  • 発表場所: Kyoto, Japan(Keynote Presentation)
  • 年月日: 2009-05-27
• [学会発表] Beneficial Effect of Ti on α-Al_2O_3 Formation of Coatings at 1173K (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Narita, T.Nishimoto, Y.Kitajima, S.Hayashi
  • 学会等名: The 2^<nd> Workshop on Thermal barrier Coating for Gas Turbines
  • 発表場所: Kyoto, Japan Ritsumeikan Univ.
  • 年月日: 2009-05-27
• [学会発表] 耐熱合金の機械的特性と耐酸化性コーティングの両立をめざして (2007)
  • 著者名/発表者名: 成田敏夫
  • 学会等名: 耐熱金属材料第123委員会50周年記念フォーラム
  • 発表場所: 東京(東工大)
  • 年月日: 2007-11-19
• [産業財産権] 多層合金皮膜およびそれを有する耐熱性金属部材 (2006)
  • 発明者名: 成田敏夫
  • 権利者名: 北海道大学
  • 出願年月日: 2006-11-16
• [産業財産権] ALLOY COATING, METHOD FOR FORMING THE SAME< AND MEMBER FOR HIGH TEMPERATURE APPARATUSS (2001)
  • 発明者名: Toshio Narita, Shigenari Hayashi, Hiroshi Yakuwa, Manabu Noguchi, Matsuho Miyasaka
  • 権利者名: Toshio Narita, Ebara Corporation
  • 出願年月日: 2001-03-06
  • 取得年月日: 2004-12-14