金属間化合物TiAlの酸化に及ぼす空気中の水蒸気量の影響

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金属間化合物TiAlは構造用軽量耐熱材料として期待されているが、高温での耐酸化性は十分ではない。TiAlの酸化特性は純酸素中よりも空気中の方が劣り、空気中の窒素により影響を受けることが知られている。しかし、雰囲気中の他の要素、例えば、ジェットエンジン部材として使用する場合、燃料の燃焼により発生した水蒸気や二酸化炭素の影響を受けるか否かは明らかではない。そこで、本研究ではTiAlの酸化特性に及ぼす雰囲気中の水蒸気量の影響を検討した。試料にはほぼ化学量論組成のTiAlを用い、水蒸気量は市販の高純度空気(露点-40℃以下)を一定温度の水中にバブリングさせることにより変化させた。酸化試験は1気圧の雰囲気中で800〜900℃で行った。雰囲気中の水蒸気の分圧は10^<-4>〜2×10^<-1>atmの範囲で変化させ、試料周辺での雰囲気の流速は0.1cm/secとなるように調節した。その結果、800℃で1サイクル5時間の繰り返し酸化を行った場合、水蒸気分圧の低い雰囲気(分圧:10^<-4>atm)では数サイクル後に酸化被膜の剥離が認められ、酸化増量は直線的に増加したが、水蒸気分圧の高い雰囲気(分圧:10^<-1>atm)では皮膜の剥離は酸化100時間後でも認められず、酸化増量は放物線的になった。いずれの場合でも生成される酸化物はAl_2O_3とTiO_2であった。一方、連続酸化の場合、試料の酸化増量は800℃では雰囲気の影響はほとんど認められなかったが、試験温度が900℃の場合、水蒸気分圧の高い方が試料の酸化増量は大きくなった。しかし、この場合でも水蒸気分圧の低い方が酸化皮膜は剥離しやすい傾向が認められた。したがって、雰囲気中の水蒸気分圧が高いと酸化物の成長速度は大きくなるものの、酸化皮膜の構造に影響を及ぼし、皮膜の剥離は抑制されるものと考えられる。