革新的Ni基ODS超合金におけるγ'相の高温重照射下安定性メカニズムの解明

阐明创新镍基ODS高温合金在高温和强辐照下γ相的稳定机制

• 批准号: 19K15480
• 负责人: 金野 杏彩
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K15480/
• 关键词: Ni基超合金; 酸化物分散強化; イオン照射; 次世代原子炉; Ni基ODS超合金; γ'析出物

800℃以上の高温に耐えうる炉心材料が要求される航空機材料や次世代原子炉、核融合炉では、γ'(Ni3Al)相に起因する高い高温強度を持つ、Ni基合金の利用が期待されている。これらの材料には、高温強度だけでなく耐照射性も要求されるため、両者を両立させた合金開発が必要不可欠である。我々は従来のNi基合金に酸化物粒子を分散させることで耐照射性を向上した、新Ni基超合金MS4を開発したが、先行研究では本材料は800℃・100dpaという高温重照射環境に耐えるが、次世代原子炉で必要とされる1000℃・100dpa には耐えられない結果であった。合金の性能は酸化物粒子とγ'相の2種類の析出物の相互作用が鍵であるため、更なる超過酷環境での照射を行い、両者の相互作用を解明するとともに、革新的新規材料の開発を目指す。本年度は、試料の手配と800℃・100dpaの照射実験の再現実験を行った。これは先行研究で使用した加速器装置と照射イオンが異なるためである。高崎量子応用研究所のTIARA加速器でのNiイオンの800℃・100dpa照射材に対して透過電子顕微鏡観察を行った結果、先行研究における京都大学DuETでのFeイオンの照射結果と同様に、γ'相は800℃でも安定に存在した。この相安定性の要因として、γ'相構成元素であるAlやTaがエネルギーの高い結晶粒界等に偏析する逆カーケンドール効果が挙げれられる。研究代表者は、照射中に酸化物粒子界面でも同様の偏析が起こり大規模な粒界偏析が抑制され、γ'相の形状安定性が維持されたと仮定した。試料観察の結果、酸化物粒子界面においてAlやTa等のγ'相構成元素の濃化は見られず、γ'相の高温での相安定性の要因は酸化物粒子の逆カーケンドール効果に寄らないことが判明した。今後、より高温での照射実験を行いγ'相の安定性と酸化物粒子の影響に関して詳細に検討する必要がある。

在飞机材料中，需要承受800°C或更高温度的核心材料的下一代核反应堆和融合材料，由于γ'（NI3AL）的高温强度，预计将使用高温强度。这些材料不仅需要高温强度，而且需要对辐射的抵抗力，因此必须开发可以两者实现两者的合金。我们开发了一种新的基于NI的Superaly MS4，该合金MS4通过将氧化物颗粒分散在常规Ni基合金中，从而提高了辐射抗性。先前的研究表明，这种材料可以承受800°C和100 dpa的高温重辐射环境，但在下一代核反应堆中无法承受1000°C和100 dpa。由于两种类型的沉淀物的相互作用，氧化物颗粒和γ'相是合金性能的关键，因此在进一步的恶劣环境中进行了辐射，从而阐明了两者之间的相互作用，并开发了创新的新材料。今年，我们在800°C和100DPA上安排了样品并进行了辐照实验。这是因为先前研究中使用的加速器设备与辐照离子不同。即使在800°C下也观察到了γ'相，类似于使用Takasaki Quantum应用研究所的Tiara Accelerator在800°C和100 dPa下的辐射结果。与先前研究中京都大学二重奏的Ni离子的辐照结果相似，即使在800°C下，γ阶段也稳定。这种阶段稳定性可以归因于基尔肯德尔的逆效应，在高能晶界等处，Al和Ta是γ'相的组成元素的构成元素等。主要研究者认为，在照射期间，氧化物粒子界面上发生了相似的分离，抑制了大尺度晶界面的分离，并保持了形状，并保持了形状，并在形状上表现出来。样品观察结果表明，在氧化物粒子界面上没有观察到γ'相成分元素（例如Al和Ta）的富集，并且在高温下γ'相的相位稳定性的因子与氧化物颗粒的基尔肯德尔效应无关。将来，需要在较高温度下进行有关γ'相的稳定性和氧化物颗粒的影响的辐射实验。