複合機能化プロセス・材料開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11221202
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 花田 修治 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10005960)
• 研究分担者: 吉見 享祐 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80230803) ; 村山 洋之介 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60111308) ; 正橋 直哉 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20312639)
• キーワード: 超高温材料 / 強度 / 靭性 / 耐酸化性 / 複合鋼板 / 耐酸化コーティング

研究概要

(1)モリブデン・ボロシリサイド基in-situ複合材料の耐酸化性と高温強度
化学式Mo_5SiB_2で表されるシリサイドは優れた高温強度と耐酸化性を示すことが明らかにされているが、Mo_5SiB_2は著しく脆いため、室温靭性の改善にはMo_5SiB_2と平衡することのできるMoとの複合化が有効と考えられる。Mo濃度の異なるMo_5SiB_2/Mo in-situ複合材料を作製し、高温強度と耐酸化性を評価し、この結果に基づいてMo-Si-B-O系でMo、Mo_3Si、Mo5Si_3、Mo_5SiB_2、SiO_2の5相からなるpseudo in-situ複合材料をSPS法により作製し、この複合材料が優れた耐酸化性を示すことを明かにした。
(2)Mo/ZrC in-situ複合材料のクリープ特性
共晶組織をもつMo/ZrC in-situ複合材料の組織は、Moマトリックス中に直径約600nmのZrCが短繊維状に分布しており、Moマトリックスは数10μmの共晶コロニーを形成する。3点曲げ試験から得られた破壊靭性値K_Qは12.7MPa【square root】mであり、単相ZrCと比べ著しく高靭化する。高温クリープ強度も著しく高いことが明らかになっており、本複合材料は、高温強度と室温靭性を協調させられることを実証した。
(3)Fe-Al系金属間化合物を利用した高機能複合鋼板
合金添加量の少ない鉄鋼材料に耐食性、高温強度に優れた鉄アルミナイドを複合化することにより、耐食性と高温強度を協調させた新しい複合鋼板を開発する目的で鉄とFe_3Alを拡散接合し、界面に生成する特異な柱状組織の生成機構を明らかにした。この組織の生成と優れた界面強度が密接に関係する。
(4)Ni基超合金の熱遮蔽コーティングの機能協調設計
Ni基超合金の熱遮蔽コーティングに酸素拡散防止層としてAl_2O_3を導入し、コーティングの耐用寿命を延ばすことを目的に、YSZ/Al_2O_3/MCrAlYを設計し、コーティング内に発生する熱応力を弾性範囲内で算出した。MCrAlYとAl_2O_3、Al_2O_3とYSZを傾斜化させることの有効性が示された。

研究成果

• [文献書誌] 松原学,岩崎敏彦,花田修治: "傾斜機能させたNb-Al/Al_2O_3皮膜のプラズマ溶射による作製"日本金属学会誌. 64. 677-683 (2000)
• [文献書誌] C.L.Ma,A.Kasama,H.Tanaka,Y.Tan,R.Tanaka,Y.Mishima and S.Hanada,41(2000): "Microstructure and mechanical properties of Nb/Nb-silicide in-situ composites synthesized by reactive hot pressing of ball milled powders"Mater.Trans.,JIM. 41. 444-451 (2000)
• [文献書誌] 平井寿敏,田原竜夫,上野英俊,北原晃,花田修治: "一方向凝固したNb-xMo-22Ti-18Si系In-Situ複合材料の組織と機械的性質"日本金属学会誌. 64. 474-480 (2000)
• [文献書誌] 沙江波,平井寿敏,田原竜夫,北原晃,上野英俊,花田修治: "アーク溶解および一方向凝固法により作製したNb-Mo-Ti-Si-C系in-situ複合材料の組織と機械的性質"日本金属学会誌. 64. 331-334 (2000)
• [文献書誌] S.Hanada and W.Fang: "Superplasticity in Nb_3Al/Nb in-situ composites"Superplasticity-Current status and future. 601. 15-24 (2000)
• [文献書誌] C.L.Ma,Y.Tan,H.Tanaka,A.Kasama,R.Tanaka,S.Miura,Y.Mishima and S.Hanada: "Phase equilibria in Nb-Mo-Rich Zone of the Nb-Si-Mo Ternary System"Mater.Trans.,JIM. 41. 1329-1336 (2000)