ニオブ基合金に対する耐酸化性コーティング皮膜の形成

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15206078
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 成田 敏夫 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60001252)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 林 重成 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (10321960)
• Keywords: Nb基合金 / コーティング / 拡散バリヤ / Re-Cr-Ni系σ相 / Cr拡散処理 / 高Re-Ni合金めっき / 保護的A1203 / コーティング層の破壊

Research Abstract

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。

Research Products

• [Publications] N.Fukumoto, Y.Matsumura, S.Hayashi, T.Narita, K.Sakamoto, A.Kasama, R.Tanaka: "Coatings of Nb-based alloy by Cr and/or Al pack cementations and its oxidation behavior in air at 1273-1473K"MATERIALS TRANSACTIONS. 44, 4. 731-735 (2003)