金属間化合物の耐環境性

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04239107
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 柴田 俊夫 大阪大学, 工学部, 教授 (90001205)
• 研究分担者: 高杉 隆幸 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20108567)
• キーワード: 金属間化合物 / 高温酸化 / 環境脆化 / 表面処理 / TiAl / Ni_3Al / Ni_3(Si,Ti) / Co_3Ti

研究概要

構造材料としての金属間化合物の研究開発の進展にともなって、延性ならびに靭性に優れた金属間化合物が見出されてきているが、実用化に当っては同時に耐環境性の向上が必要とされる。環境との相互作用で重要なのは高温酸化、ならびに環境から材料中に取込まれる水素および酸素による脆化現象が重要である。もっとも実用化が近いTiAlにおいては、Al量の多い組成にもかかわらず高温度では保護性に優れたAl_2O_3スケールが生成せず耐酸化性が十分ではない。耐酸化性を向上させるための表面処理法や第3元素を添加する法について検討を加え、Cr_2O_3-CrやSiO_2パックによる予備酸化処理によって、TiAlの耐酸化性を著しく向上させることができることを見出した。またCoCrAlやCoCrAlY被膜によるコーティングやIBEDによるSi_3N_4被膜も有効であることを見出した。
一方室温近傍においては金属間化合物に水素脆化が生じるが、この現象については従来多結晶について検討を加え、微視機構や抑止策が明らかにしてきたが、結晶粒界での脆化に加えて単結晶においても著しい水素脆化が生じることを見出した。本研究においては、L12型金属間化合物(Ni_3(Al,Ti)とNi_3(Si,Ti)単結晶ならびにNi3(Si,Ti)およびCo_3Ti、TiAl多結晶について、試験雰囲気依存性、変形速度依存性、温度依存性、方位依存性、組成依存性、添加元素(B)の効果を検討し、破壊様式等に関する現象の体系的理解と微視機構の解明を行った。その結果大気中に含まれる水分(H_2O)が金属間化合物を形成する活性な元素と反応し、その反応生成物である原子状水素が試料内部に侵入して脆化を生じさせること、乾燥水素も同様に脆化を生じさせることを明らかにした。BあるいはC添加元素の粒界偏析は環境脆化を抑制するが、粒界偏析をしない場合Co_3Tiや単結晶では抑制効果を示さないことなどを明らかにするとともに、破壊の微視機構を提案した。

研究成果

• [文献書誌] S.Taniguchi,T.Shibata,T.Yamada,Liu Xianghuai,and Zou Shichang: "High-Temperature Oxidation Resistance of TiAl Improved by IBED Si_3N_4 coating" ISIJ International. 33. 869-876 (1993)
• [文献書誌] S.Taniguchi,T.Shibata,N.Asanuma,Fuhui Wang,and Weitao Wu: "Oxidation Behavior of TiAl Coated with a Fine-Grain Co-3OCr-4Al Film." Oxidation of Metals. 39. 457-473 (1993)
• [文献書誌] 谷口滋次,柴田俊夫,加藤直樹: "SiO_2被膜によるTiAlの高温耐酸化性の向上" 日本金属学会誌. 57. 666-789 (1993)
• [文献書誌] 谷口滋次,浅沼直樹,柴田俊夫,王福会,楼輪一,呉維: "CoCrAlおよびCoCrAlY被膜によるTiAlの高温耐酸化性の向上" 日本金属学会誌. 57. 781-789 (1993)
• [文献書誌] T.Takasugi and S.Hanada: "Environmental Embrittlement of Boron-Doped Ni_3(Al,Ti)Single Crystals at Room Temperature" J.Materials Research. 8. 2534-2542 (1993)
• [文献書誌] T.Takasugi,K.Hono,S.Suzuki,S.Hanada and T.Sakurai: "Environmental Embrittlement and Grain Boundary Segregation of Boron in Ni_3(Si,Ti)and Co_3Ti Alloys" Scripta metal.mater.29. 1587-1591 (1993)