| 研究課題/領域番号 |
15360449
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
航空宇宙工学
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
小林 明 大阪大学, 接合科学研究所, 助教授 (70110773)
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| 研究分担者 |
松村 年郎 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90126904)
片山 聖二 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (10144528)
平田 好則 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00116089)
小紫 公也 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (90242825)
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| 研究期間 (年度) |
2003 – 2005
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| キーワード | TiN皮膜 / ガストンネル型プラズマ / プラズマ反応溶射 / 高硬度 / 傾斜機能性 / 熱遮蔽膜 / ZrO_2-Al_2O_3複合皮膜 / 気孔率 |
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| 研究概要 |
航空宇宙用超耐熱材料としてガストンネル型プラズマ溶射、反応溶射によるセラミックス膜について、以下の研究成果を得た。
1.ガストンネル型反応溶射により、適正溶射距離約60mmで、表面ビッカース硬度Hv=2000に近い高品質の金色のTiN膜(皮膜厚さ160μm)がステンレス基板上に短時間、簡単に作製できる。その作製したTiN厚膜は、TiN強度比R=95%以上の高純度であり、酸化(TiO_2)が防止できた。
2.TiN皮膜断面硬度分布は平坦で、平均硬度はHv=1500である。また、断面の気孔率は、トラバース回数の増加により低下する。TiN膜の皮膜密着強度は、皮膜厚さの増加により低下するため、100μm程度のTiN膜が高性能であり、耐摩耗性などに良好な結果が得られた。
3.作動ガス中の窒素ガス混合率の増加によりTiN膜の窒化率は上昇し、TiN膜のビッカース硬度は高くなるが、破壊靱性が低下した。TiN膜は熱処理により破壊靱性が高くなるが、熱処理後のTiN膜に酸化物は認められなかった。
4.高硬度ZrO_2-Al_2O_3複合皮膜は、膜の横方向厚さ方向の熱伝導が縦方向と比べて抑制される。ZrO_2複合皮膜のビッカース硬さは、Al_2O_3混合率が増すにしたがい上昇するが、コーティング中の気孔率は、Al_2O_3混合率が増大すると減少し緻密な皮膜が得られる。
5.ガストンネル型プラズマ溶射中のプラズマの温度は、トーチ出口付近で約8000Kであり、ZrO_2溶射粒子の速度は、プラズマジェット先端で150m/s前後である。この速度は、プラズマの出力に伴い増加し、出力の増加により熱遮蔽コーティングの性能が向上する。
6.TiN膜の腐食電位は、厚い膜のほうが高くなり耐食性が向上する。ZrO_2-Al_2O_3複合皮膜の腐食電位も厚い膜のほうが高く、また、アルミナ混合率が大きいほうが高くなる。
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