Ni基超合金へのTCP相による耐酸化・拡散バリヤー層の形成

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Ni基超合金はジェットエンジン、ガスタービンの翼材として使用されているが、燃焼ガス温度の上昇とともに、厳しい高温腐食にさらされており、耐高温酸化性に優れたコーティング皮膜の開発が望まれている。本研究では、Ni基超合金に含まれているMo,W,Ta等の高融点金属とCr,Ni,Alからなる金属間化合物の二段プロセスにより製膜し、反応拡散挙動と熱サイクル酸化試験から、拡散バリヤーの候補合金について研究を進めた。得られた結果は、以下のように要約される。Ni-40Cr合金とNi-40Cr-1W合金を用意し、まず、厚さ約10ミクロンのNiをめっきした。続いて、高活量Al蒸気拡散を850℃、5時間の条件で行った。その結果、Ni_2Al_3の外層とAlを多量に含むNi-Cr-Al合金が内層として形成した。この合金を1100℃、大気中で酸化すると、外層はNiAl層に、内層はNiを含むCr層に変化した。このCrへはAlの溶解度は0.3原子%であり、Alの拡散バリヤーとして機能することを明らかにした。一方、Ni-40Cr-1W合金に同様の皮膜を形成した後、酸化した。その結果、Ni-40Crと類似の皮膜層が形成したが、Cr層のAl濃度は0.1%程度と大変低く、Wの添加はより優れた拡散バリヤー能を有することを確認した。これらの結果から、研究目的で提案したように、Reを代替する新しい拡散バリヤー層を提案することができた。