研究課題
ニオブ(Nb)は耐熱性と加工性に優れ、特に、比較的軽量であることから、次世代の超耐熱材料として期待されている。しかし、Nb酸化物は非保護的であることから、Nbとその合金は本質的に耐酸化性に劣るという欠点を有する。本研究では、Nb-Mo-W合金に対して、耐酸化性に優れたコーティング皮膜を形成するための要素技術の確立を目的に、基礎的研究を進めている。その成果は以下のように要約される。(1)Nb基合金へのAl and/or Cr拡散処理:AlまたはCrの単独拡散処理で形成した皮膜は1200℃以上では耐酸化性は示さないが、CrとAlの連続コーティングではAl_2O_3の形成により、耐酸化性を付与することができた。しかし、1200℃で25時間以上酸化すると、コーティングと基材との相互拡散のため、その耐酸化性を喪失し、Al_2O_3スケールの破壊・剥離が生じた。(2)(1)の結果から、1200℃以上でより長時間に亘って耐酸化性を維持するためには、コーティングと基材の間に両者の拡散を阻止する、いわゆる拡散バリヤー層の形成が必須である。拡散バリヤーとして、本研究ではRe-Cr-Ni系σ相を選定した。このσ相の融点は2300℃以上であり、また、当研究室の以前の研究から、優れた拡散バリヤー特性が期待される。(3)Re-Cr-Ni系σ相を連続層として、Nb基合金に形成するプロセスについて、種々検討した結果、以下の成膜手順を提案した。(1)Nb合金を#150耐水研磨紙で研磨し、超音波脱脂・洗浄した。(2)Niのストライクめっき(3)Re-Ni合金めっき(Re含有量が70原子%以上で、当研究室で開発)(4)Niのストライクめっき(5)Ni-50Cr粉末+Al_2O_3粉末、真空中、1300℃、5時間の条件下でCr拡散処理(4)(3)の結果から、Nb-Mo-W合金表面に厚さが約5μmのRe-Cr-Ni系σ相を連続層として形成することに成功した。(5)現在、Nb-Mo-W-Si合金への成膜プロセスの開発を進めている。
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