| 研究課題/領域番号 |
23K21046
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01656 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 大阪公立大学 (2022-2024)
大阪府立大学 (2021) |
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研究代表者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 13,000千円 (直接経費: 10,000千円、間接経費: 3,000千円)
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| キーワード | 耐熱合金 / 金属間化合物 / 合金設計 / 組織制御 / レーザクラッディング / 二重複相組織 / 合金化挙動 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
申請者らは，Ni3XタイプのL12型あるいはD022型の単相もしくはこれらが二重に複相組織化したNi基金属間化合物合金が高温強度のみならず高温耐摩耗性にも秀でていることを見出した。本申請では，二重複相組織等のNi基複相金属間化合物合金のさらなる高強度化と耐摩耗向上を目指し，組織の超微細化と整合性の向上，ナノ粒子析出あるいは炭化物等の粒子との複合化を重畳することにより，これまでの複相組織を特段に進化させたナノ・ヘテロ複相組織創製の学術的基盤体系の構築とこれら新規組織に基づくマルチ・スケールな合金強化原理の構築を行い革新的耐熱構造材料の創製を試みる。
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| 研究実績の概要 |
前年度に引き続き、Ni-Al-V合金に対して、延性改善目的のNi量増加とともに、強化目的の遷移元素（Nb）添加による複合（重畳）効果を検討した。この際、Ni量およびNb量とも前年度より広範囲に変化させた。組織観察の結果、Ni量の増加とともに二重複相組織中の初析Ni3Al相の形状は矩形度が低下し丸みを帯びるようになった。Nb添加による組織変化については、Ni量が化学量論組成でかつ、Nb添加量の多い合金でNi3Nb相が出現した以外は顕著な組織変化はなかったが、Ni量が多い（80 at.%）合金で、丸みを帯びていた初析の矩形度が増加する現象が観察された。引張試験の結果、Ni量が増加するにつれて引張伸び（延性）は増加し、引張（破断）強度は概ね低下した。他方、Nb添加量の増加に伴い室温での引張伸びは減少した。元々、化学量論組成のNi基超々合金は高温（900℃）で伸びが出ないが、非化学量論組成合金の高温ではNbの添加に伴い引張伸びの発現が観察された。このことは、高温においては、Nbは強化のみならず延性改善にも有効であることを示唆するものであり、強度と（一定程度の）延性を兼備する合金組成を見出した。
Ni-Si-Ti系合金について、Ni3(Si,Ti)の基本組成粉末と純Wまたは純Nb粉末を用いて、レーザメタルデポジション（LMD）によりステンレス鋼（SUS304）基材上に肉盛層を形成した。W、Nbとも高融点であるため、肉盛層中に未溶解のWあるいはNb粒子が分散した肉盛層が得られた。肉盛層のマトリックスは凝固由来のデンドライト状組織を呈しており、L12構造のNi3(Si,Ti)相をはじめとする多相組織を呈していた。W添加肉盛層のマトリックスの硬さはおよそ500HVであるのに対し、Nb添加肉盛層では900HVに近い非常に高い硬さを示した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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量を変化させた二重複相組織の高温機械的特性を調査し、高温での一定程度の延性を保持しつつも高温高強度を示す合金組成を見出し、耐熱性に優れたマトリックス組織についての重要な合金設計の指針が得られた。また、実用用途では重要な使用法となる肉盛層において、WまたはNb粒子が分散したNi-Si-Ti系肉盛層の作製に成功した。本肉盛層は、原料粉末の配合割合を変えることで肉盛層組織を比較的簡便に変化させることができるため、様々な実用用途に対応可能な肉盛材料として期待が持てる。Ni基金属間化合物を用いた多相組織創生は着実に成果が得られているものと考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
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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