| 研究課題/領域番号 |
21K14546
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
陳 正昊 京都大学, 工学研究科, 助教 (20889109)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
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| キーワード | 高温構造材料 / 二相超合金 / 力学特性 / 環境耐性 / Co2削減 / 耐酸化性 / クリープ特性 / 高温強度 / 相平衡 / 単結晶 / γ/γ'二相超合金 / L12金属間化合物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
先行するFe-Ge-Ni三元系状態図に関する研究で，L12規則構造を有するγ’-(Fe,Ni)3Ge強化相とfcc固溶体相がFe-rich組成の相平衡が発見され， Ni基超合金同様のγ/γ’二相cuboidal組織が得られている．この合金は，現存する耐熱鋼より遙かに優れる高温強度を示していが，耐酸化性の不足や高温域でのγ’相の安定性の低下など実用上の諸問題が存在し，コストの観点から，Ge使用量を削減することも課題である．この研究は，γ’相安定性，力学特性及び耐酸化性に与える添加元素(Cr, Si, Al, Mo, W等)の影響を統括的に評価し，高温強度に優れ且つ廉価なFe基超合金の開発に挑む．
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| 研究成果の概要 |
本研究はL12-(Fe,Ni)3Geを強化相とする鉄基超合金の合金組成および熱処理方法を提案し、Fe-Ni-Ge三元系およびその合金化組成においてNi基超合金に真に類似するγ/γ'二相組織を有する新規超合金に設計に成功した。さらに、合金の耐酸化性と力学特性に及ぼす合金化元素Cr, Si, Al, W, Moなどの影響を明らかにし、耐酸化性と高温強度両立の合金組成を提案するとともに、高価な元素Geの使用量を削減する方法を確立した。
一方、合金の高温強度、特に750℃以上の強度はγ'体積分率低下に制約されるため、未だに予想どおりのパフォーマンスが得られておらず、今後の課題となる。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は人類試料で最も汎用且つ廉価な構造材料「鉄」をベースに、高温構造材料として大成功を収めたNi基超合金の微細構造を再現させることで、廉価で高強度の新規高温構造材料の可能性を提示した。本研究で開発したプロトタイプ合金は、700℃の高温でも室温と同レベルの強度を有し、使用温度700℃、即ち火力発電の超超臨界(A-USC)条件を満たす可能性が現れた。学術的には、Ni基、Co基のほかにγ/γ'二相超合金を設計しうる新規の合金系を提案するとともに、社会的には、新規材料により現行する耐熱鋼を代替し、火力発電の効率向上および温室ガスの排出削減に貢献すると予測する。
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