| 研究課題/領域番号 |
16K18261
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| 研究機関 | 新居浜工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
當代 光陽 新居浜工業高等専門学校, 環境材料工学科, 准教授 (10610800)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 超高温耐熱材料 / 遷移金属シリサイド / クリープ強度 / 結晶方位制御 / 組織制御 |
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| 研究実績の概要 |
地球温暖化防止の観点から発電所や輸送機における燃費の改善が求められている。この解決策として現在使用されているNi基超合金やTiAl金属間化合物よりもより高温での使用が可能な次世代耐熱合金の開発が挙げられる。この候補材として2000°Cを超える融点を有する遷移金属ダイシリサイドが注目を集めている。こうした背景の下、本研究は次世代超耐熱合金として期待されている遷移金属シリサイドを用いて、近年我々の研究グループが開発した室温靭性値4.0mPa1/2を有するB添加高靭性C40/C11b複相シリサイド結晶の高温クリープ特性の支配因子を解明し、複相シリサイド結晶の高靭性化と高クリープ強度の両立に向けた組織制御の方策と設計指針の構築を目的とし、以下の4点に注目しつつ研究を遂行する。(1)方位制御複相シリサイド結晶中に形成する層状組織のマトリックスC40相と析出C11b相の結晶幾何学関係の解明、(2)層状組織の組織形態と熱的安定性、(3)クリープ特性の温度・方位・応力依存性ならびに支配因子の解明、(4)クリープ変形に寄与する活動転位の同定。以上の結果より本来Brittle相であるC11b相とC40相の遷移金属シリサイドそのものが有するintrinsicな変形異方性に加えて、層状組織における結晶幾何学から生ずるextrinsicな変形異方性を巧みに制御することで、単相では得られない室温靭性値、高温強度、高温クリープ特性を具備した次世代の高温構造材料としての複相シリサイド結晶を開発する。最終的にはC40/C11b層状組織を有するB添加複相シリサイド結晶を用いて、これまでにない革新的な高靭性化と高クリープ強度を具備させることを目指す。本年度では、主に(3)および(4)について調査を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本申請課題の目的である微細層状組織を有するB添加高靭性C40/C11b複相シリサイド結晶の高温クリープ強度向上に向けた設計指針の構築するためには本複相シリサイド結晶のクリープ特性の支配因子を解明することが必須であり、解決すべき課題は明確であり、以下の5点である。(1) 組成的過冷による初晶C11b相を回避し(包晶反応の回避)、かつ坩堝からの汚染、酸素混入が皆無である良質なC40単相単結晶の育成、(2) 1400℃での熱処理による層状組織の導入と層状組織の形態、安定性、結晶幾何学の解明、(3) C40/C11b層状組織を有するB添加複相シリサイド結晶の高温変形挙動の解明、(4) B添加複相シリサイド結晶における高温クリープ特性の方位、温度依存性の解明、(5) B添加複相シリサイド結晶におけるクリープ特性の支配因子の解明とクリープ特性向上に向けた設計指針の構築。
本年度はこの中における研究項目(3)および(4)について主に行った。具体的にはC40単相単結晶と複相シリサイドにおいて1000°C～1500°Cにて圧縮試験を行い、降伏応力の温度・方位依存性についてC40相の底面すべり系とC11b相の[001]方位に着目し解明した。圧縮試験後のそれぞれの試料において電子顕微鏡(TEM観察)によるコントラスト解析を行い、変形に寄与する活動転位を決定した。さらに、複相シリサイド結晶に対し荷重軸が層状組織界面と0°(最強方位)ならびに45°(最弱方位)となるような角柱試験片を切り出し、高純度Ar flow雰囲気下にて圧縮クリープ試験(1200°C～1400°C)を行い、クリープ特性について整理し、当初予定していた計画をおおむねクリアできた。
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| 今後の研究の推進方策 |
来年度は複相シリサイド結晶においてクリープ変形時に生ずる層状組織携形態の変化および活動転位を明らかにする予定である。具体的には、クリープ試験後の試料における組織について光学顕微鏡観察、SEM-EBSD測定およびTEM観察を実施し、層状組織形態の変化、クラック伸展、粒界すべりの有無等を検討する。さらにTEM観察によるコントラスト解析より層状組織を形成するそれぞれの相において活動する転位を解明する予定である。さらに同温度における単純圧縮試験時に活動する転位と比較することで、クリープ変形に及ぼす変形モードを詳細に明らかにする。以上の結果を踏まえ、B添加高靭性複相シリサイド結晶のクリープ強度におよぼす層状組織形態の影響、層状組織界面と荷重軸との関係、変形に寄与する活動転位、層状組織界面での粒界すべりの寄与を解明し、超高温耐熱材料開発に向けた C40/C11b層状組織を中心とする新たな相の組み合わせによる組織制御法と合金設計指針を構築する。
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| 備考 |
第35回軽金属奨励賞受賞, 當代光陽 2017年11月4日.
究開発奨励賞受賞，當代光陽, 堀敬雄, 永瀬丈嗣, 萩原幸司, 中野貴由: レーザ積層造形法によるβTi合金化と結晶方位制御, 平成29年軽金属学会中四国支部講演大会 2017年7月29日
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