| 研究概要 |
ニッケル基超合金の高温腐食特性の基本的な理解と、耐高温腐食性の目安となる基本的なパラメータを得る目的で、今年度は仮想的な合金クラスターを用いてDV-Xα分子軌道計算を行うとともに、NaClとNa_2SO_4それぞれの溶融塩を用いた実証実験を行った。計算に用いたクラスターは、塩素に対する合金効果を調べるために用いたNaClを乗せたニッケル合金クラスター、およびSO_4に対する合金元素の効果を調べるために用いたイオウ(S)と酸素(O)の化合物を付着させたニッケル合金クラスターである。それぞれのクラスターにおいて、ニッケル合金中の一つのニッケル(Ni)を3d,4d,5d遷移金属元素(M)と置換して、合金効果を調べた。その結果、以下のことが示唆された。
(1)3d遷移金属中、チタン、クロムは塩素と強い結合を示した。M-Niとの結合次数と、M-Clとの結合次数との比、Bo(M-Cl)/Bo(Ni-M)を採った結果、塩素に対して有効な合金元素は、鉄、コバルト、銅であることが示唆された。この結果は、酸素ポテンシャルが低いアルゴン雰囲気中で行ったNaCl溶融塩に対するニッケル基合金の実証実験の結果とよく一致していた。
(2)酸素とイオウを含むクラスターを用いた計算から、イオウが酸素と強く相互作用する結果、遷移金属を含むニッケル酸化物の安定性が変化し、結果としてニッケル合金の耐食性に影響するものと考えられ、SO_4に対する有効合金元素はMo、Reであることが示唆された。これは、最近、ごみ焼却プラント用材料で行われた実験の結果と一致していた。
(3)NaCl溶融塩の実験結果から酸素ポテンシャルはハロゲンの腐食に大きく影響することがわかった。
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