TiAl合金への長寿命・高信頼性を有する耐酸化性皮膜の形成

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本研究では前年度において、γ-TiAlの耐酸化性を向上させるためAL_2O_3スケールの形成・維持の観点から、長時間Al_2O_3スケールを安定に維持できるNi-Al系合金に着目し、TiAl上にNiめっきとAl拡散浸透処理を組み合わせ、Ni-Alコーティングの形成を試み、Niめっき後、Al拡散浸透処理を高Al活量の下で行うと、コーティング表面に形成するNi_2Al_3よりもAl濃度の高いTiAl_3が合金側で形成し、Alが濃度勾配に逆らって拡散するUP-Hill diffusion現象が生じることを見出した。このコーティングを施したTiAlを1173Kで3,600ks(1,000hr)酸化したところNi基超合金を上回る耐酸化性を示すことを明らかにし、このコーティング方法をUp-Hill diffusion処理と命名した。一方、実機ではより長時間の耐酸化性が求められ、またTiAlの長時間酸化に関する報告が無いため、本年度は36,000ks(10,000hr)に亘る酸化試験を行い、耐酸化性、およびコーティング層構造の変化との関連について調査した。その結果、36,000ks酸化後においても酸化量は約37g/m^2と非常に少なく、またスケールの剥離は観察されず優れた耐酸化性を示し、コーティング最表面はNi_2Al_3からNiAlを経てさらにAl_2TiNiへと変化するが、合金側によりAl濃度の高いTiAl_2が存在することで、非常に長時間にわたりコーティング層のAl濃度の低下を抑制し耐酸化性を維持していることが明らかとなった。また、このUp-Hill diffusion処理を、Al濃度が低く、耐酸化性の乏しいTi合金に対して適用した結果、TiAlと同様に著しく耐酸化性が向上し、基材の組成、Al濃度によらずUp-Hill diffusion処理が有効であることを確認した。