耐熱合金の高温耐酸化性皮膜に対する希土類元素効果とその機構

1988 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 62430014
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 齋藤 安俊 東京工業大学, 工業材料研究所, 教授 (40005236)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 義孝 東京工業大学, 工業材料研究所, 助手 (70016822) ; 丸山 俊夫 東京工業大学, 工学部, 助教授 (20114895) ; 阿竹 徹 東京工業大学, 工業材料研究所, 助教授 (30028229)
• Keywords: 耐熱合金 / 酸化速度 / 希土類元素添加効果 / 予備酸化 / 酸化皮膜

Research Abstract

昨年度までの研究により、Ni-20Cr-1Si合金にSc、Y、La、Er、Ceを微量添加した場合酸化速度が低減すること、またScを除いた希土類元素を添加することにより酸化物/合金界面がkeying-on組織を呈し、そのため酸化皮膜の剥離が抑制されることが明らかになった。
本年度は、耐熱合金の耐酸化性に対する希土類元素ならびに希土類酸化物の添加効果について、添加方法を変えて実験を行った。まずNi-20Cr-3Al合金にCeを微量添加した試料ならびに物理蒸着によりCeO_2をコーティングした試料の酸化挙動について、空気中、1473Kで調べた。Ceの添加あるいはCeO_2コーティングによる酸化速度の低減は見られなかった。しかし同一条件で行った繰り返し酸化では、剥離が抑制されることが明らかとなった。この機構について考察するために、走査型電子顕微鏡およびエネルギー分散型X線マイクロアナライザーによる皮膜組織の観察を行った。Ceを添加していない試料では、Al_2O_3は内層に連続層として存在するのに対し、Ce添加あるいはCeO_2コーティング試料では、Alは内部酸化を受け、粒界に沿って島状あるいは不連続な粒子として存在していた。酸化皮膜の剥離の抑制は、この内部酸化によるpegging効果のためであると考えられる。
さらに苛酷な腐食環境における保護性酸化皮膜に対する希土類酸化物の添加効果を調べる目的で、Br_2ーO_2雰囲気における実験を行った。SUS310鋼の表面に高周波スパッタリングによってY_2O_3をコーティングし、それを予備酸化して耐酸化性皮膜を形成した後、1073Kで実験を行い、その腐食挙動について調べた。予備酸化後の酸化物/合金界面にはkeying-on組織が見られたが、Br_2ーO_2雰囲気においては金属臭化物の生成およびその蒸発による激しい質量減少を示し、Y_2O_3コーティングの効果は認められなかった。

Research Products

• [Publications] Yasutoshi SAITO: Proceedings of MRS International Meeting on Advanced Materials(Tokyo,1988).
• [Publications] Bulent ONAY: Proceedings of MRS International Meeting on Advanced Materials(Tokyo,1988).
• [Publications] Yasutoshi SAITO: Proceedings of MRS International Meeting on Advanced Materials(Tokyo,1988).
• [Publications] 齋藤安俊: 工業材料. 36. 58-67 (1988)
• [Publications] 齋藤安俊: "5.耐酸化性合金「新素材」" 朝倉書店, (1987)