雰囲気制御による超合金単結晶への耐高温酸化性Re-Al皮膜の形成

Ni基超合金はジェツトエンジン、タービンの材料として高温の腐食環境で使用されているが、近年の高温化と腐食環境の苛酷化にともない、より耐食性に優れた被膜形成法の開発が望まれている。本研究では、Reの耐熱性と低拡散能に優れた性質に着目し、先ず、雰囲気制御によるReの皮膜を試みた。その結果、Re皮膜の形成を確認したが、しかし、この皮膜は保護的なアルミナ皮膜の表面に形成するため、耐酸化性にはほとんど寄与しないことが明らかとなった。一方、この成果から、Re皮膜をアルミナ層の下がわ、すなわち合金側に形成することができれば、優れた拡散障壁層としての可能性があることが推定された。従って、その可能性を確認するため、Re皮膜をスパッターで数ミクロンの厚さで形成し、ついで、従来のAl蒸気拡散法をもちいてRe-Al皮膜層を形成した。その結果、母材のNiが表面に拡散してNiAl層をまた、Alは母材表面から内部に拡散浸透した。この合金を1100℃で最長約1カ月間の酸化試験を行った。その結果、Re層の形成によって、耐酸化性が著しく改善されることが明らかとなった。これは世界的にも飛び抜けた水準にある。その機構について詳細な調査を進めているが、Re皮膜はRe-Cr-W-Coの合金に変化しており、これが優れた特性を発揮したものと推定している。これらの成果を踏まえて、現在、Ni基超合金の他にNb基合金、鉄鋼材料への応用研究を進めるための準備をしている。

Ni基超合金はジェツトエンジン、タービンの材料として高温の腐食環境で使用されているが、近年の高温化と腐食環境の苛酷化にともない、より耐食性に優れた被膜形成法の開発が望まれている。本研究では、Reの耐熱性と低拡散能に優れた性質に着目し、先ず、雰囲気制御によるReの皮膜を試みた。その結果、Re皮膜の形成を確認したが、しかし、この皮膜は保護的なアルミナ皮膜の表面に形成するため、耐酸化性にはほとんど寄与しないことが明らかとなった。一方、この成果から、Re皮膜をアルミナ層の下がわ、すなわち合金側に形成することができれば、優れた拡散障壁層としての可能性があることが推定された。従って、その可能性を確認するため、Re皮膜をスパッターで数ミクロンの厚さで形成し、ついで、従来のAl蒸気拡散法をもちいてRe-Al皮膜層を形成した。その結果、母材のNiが表面に拡散してNiAl層をまた、Alは母材表面から内部に拡散浸透した。この合金を1100℃で最長約1カ月間の酸化試験を行った。その結果、Re層の形成によって、耐酸化性が著しく改善されることが明らかとなった。これは世界的にも飛び抜けた水準にある。その機構について詳細な調査を進めているが、Re皮膜はRe-Cr-W-Coの合金に変化しており、これが優れた特性を発揮したものと推定している。これらの成果を踏まえて、現在、Ni基超合金の他にNb基合金、鉄鋼材料への応用研究を進めるための準備をしている。