複合機能化プロセス・材料開発

2001 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) ; 野村 直之 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (90332519)
• キーワード: 協調設計 / 超高温材料 / 高温強度 / 破壊靭性 / 耐酸化性 / in-situ複合材料 / 界面 / 組織

研究概要

超高温用構造材料の候補材料としてMo/ZrC系およびMo-Si-B系合金に注目し、必要とされる三つの基本特性である高温強度、室温靭性、耐酸化性の協調設計を研究した。また、耐環境性複合鋼板としてCrMo鋼とFe_3Alのクラッド圧延を行い、高温強度、耐酸化性の協調を試みた。
(1)Mo/ZrC共晶複合材料の高温強度と破壊靭性
共晶組成のMo-16mol%ZrCを用いて方向性凝固組織を得るために、部分溶解凝固(SM)および一方向凝固(FZ)を行い、FZ材では成長方向に柱状共晶コロニーが伸長し、内部には板状または短繊維状ZrCが整列すること、SM材にはコロニーの顕著な成長が見られないことを示した。X線およびTEM回折により、FZ材のMo母相には<100>の、ZrC繊維には<110>の優先成長方位が確認されたが、SM材の集積はFZ材に比べ弱い。FZ材では1500℃で500MPa以上という優れた高温強度が、SM材では20MPam^<1/2>以上という極めて高い破壊靭性が得られた。強度および靭性の発現機構が組織との関連で明かにされ、協調設計が可能であることが示された。
(2)Mo-Si-B系合金の高温強度、室温靭性、耐酸化性の協調
高温強度と室温靭性はアーク溶解したMo_5SiB_2/Mo合金で高レベルで達成された。共晶組成のMo-Mo_5SiB_2擬2元系合金(Mo-8.7Si-17.4B)で、1500℃の強度900MPa、室温靭性9MPam^<1/2>が達成された。これらの特性は構成相であるシリサイドあるいはボロシリサイドの優れた高温強度とMo固溶体の延性相としての機能により説明される。
(3)CrMo鋼/Fe_3Al複合鋼板のクラッド圧延
Fe/Fe_3AlおよびCrMo/Fe_3Alの拡散接合に関する基礎データに基づいて、CrMo鋼/Fe_3Alのクラッド圧延存行い、界面強度が極めて高いことを明かにした。

研究成果

• [文献書誌] Naoya Masahashi, Sadao Watanabe, Shuji Hanada: "Microstructure and Oxidation Behavior of Low Pressure Plasma Sprayed Iron Aluminides"ISIJ International. Vol.41 No.9. 1010-1017 (2001)
• [文献書誌] Naoya Masahashi, Naoyuki Kondo, Sadao Watanabe, Shuji Hanada: "Composite Steel based on Iron Aluminides"Proceedings of 4th Pacific Rim International Conference of AdvancedMaterials and Processing (PRICM 4), ed. by S. Hanada, Z. Zhong, S. W. Nam, and R. N. Wright, JIM. 819-822 (2001)
• [文献書誌] Kyosuke Yoshimi, Shinya Nakatani, Tomokazu Suda, Shuji Hanada: "Strength and Oxidation of Mo_5SiB_2-based In-situ Composites at High Temperatures"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 26. 141-144 (2001)
• [文献書誌] Yuetsu Danzaki, Kazuaki Wagatsuma, Tsutomu Syoji, Kyosuke Yoshimi: "Dissolution of molybdenum-silicon (-boron) alloys using a mixture of sulfuric nitric and hydrofluoric acids and a sequential correction method for ICP-AES analysis"Fresenius J Anal Chem. 269. 184-186 (2001)
• [文献書誌] K.Yoshimi, M.H.Yoo, A.A.Wereszczak, S.M.Borowicz, E.P.George, R.H.Zee: "Yielding and flow behavior of Mo_5Si_3 single crystals"Scripta Materialia. 45. 1321-1326 (2001)
• [文献書誌] Kyosuke Yoshimi, Shuji Hanada, Eiji Aoyagi: "Analysis of Protective Oxide Scale on Mo_5SiB_2-based Alloy Oxidized at High Temperature"Proceedings of 4th Pacific Rim International Conference of Advanced Materials and Processing (PRICM 4), ed. by S. Hanada, Z. Zhong, S. W. Nam and R. N. Wright, JIM. 975-978 (2001)
• [文献書誌] Shinya Nakatani, Kyosuke Yoshimi, Shuji Hanada, Se-Hyon Ko, Yong-Ho Park: "Design of Mo-Si-B-O Pseudo In-situ Composites for High Temperature Applications"Proceedings of 4th Pacific Rim International Conference of Advanced Materials and Processing (PRICM 4), ed. by S. Hanada, Z. Zhong. S. W. Nam and R. N. Wright, JIM. 971-974 (2001)
• [文献書誌] Teppei Suzuki, Hiroaki Matsumoto, Naoyuki Nomura, Kyosuke Yoshimi, Shuji Hanada: "Microstructures and Mechanical Properties of Eutectic Mo-XC(X=Ti, Zr, Hf) In-situ Composites"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 26. 307-310 (2001)
• [文献書誌] Teppei Suzuki, Hiroaki Matsumoto, Naoyuki Nomura, Naoya Masahashi, Shuji Hanada: "Microstructures and Fracture Toughness of Mo-ZrC Eutectic Composites"Proceedings of 4th Pacific Rim International Conference of Advanced Materials and Processing (PRICM 4), ed. by S. Hanada, Z.Zhong, S. W. Nam and R. N. Wright, JIM. 2763-2766 (2001)