2020 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of novel high temperature hard materials by incorporating high entropy alloys into ceramics
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18K04788
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
古嶋 亮一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50635307)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
且井 宏和 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (70610202)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 高エントロピー合金 / セラミックス / 粉末調製 / 高温強度 / 結晶構造 / 延性・脆性 / 耐熱性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1000℃以上の高温大気中で使用可能な超硬合金(WC-Co, WC-FeAl)を超える硬質材料を作製すること目的に、セラミックスの複合化に適した高エントロピー合金の設計と複合体の焼結技術に関する研究を行った。具体的には理論と実験的見地双方からセラミックスの複合化に適する合金系として、TiCrNbMoTa系とCrFeCoNiMo系を候補に絞り込み、これらに対してセラミックスの複合化を検討した。
前者の合金系はBCC構造を持つため合金としては脆性的であり、かつ耐熱性が期待できるセラミックスの1つであるTiCとは焼結中に反応を起こすため複合化できるセラミックスが限定されることがわかった。検討の結果、窒化物系が複合化に適しており、その中でTiNが安定した高温強度を有することがわかった。一部炭化物が固溶したTiCNを用いた場合、合金相と一部反応が見られ、高温強度がTiNを複合化させた場合より低下するが、室温強度は逆に高くなり比較的複合化に適したセラミックスであることがわかった。両セラミックス系とも粉末の調製条件に工夫がいるが1000℃以上の高温特性に優れた複合体の作製に成功した。ただし、焼結中のTi,Nb,Taのセラミックス相への拡散による複合体特性のばらつきや室温特性が低いなどの克服すべき課題がある。
後者の合金系は理論上BCC構造となるが、Moの一部がセラミックスに拡散することで、FCC構造をとるため比較的延性を有し、耐熱性が期待できるTiCやTiCNと良好に複合化可能で、室温強度も比較的高いという特徴が得られた。ただし、高温特性が超硬合金より優れるものの800℃以上で著しく低下するため、より耐熱性を持たせるために粉末の調製条件の工夫や、合金系やセラミックスに耐熱性を持たせる物質の添加などの工夫を行い、900℃の高温大気中まで耐熱性を持たせることに成功している。
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