Ir基超高温材料の相安定性と設計指針の確立―1500℃に耐える次世代超合金―

現在、航空機エンジンや産業用ガスタービン等の熱機関の高温部は主にNi基超耐熱合金が用いられているが、エネルギー高効率化やCO_2排出削減、省資源といった環境に対する配慮から、1000℃以上でも無冷却で使える超高温材料が次世代の材料として望まれている。そのような状況の中、Pr、Ir、Rhなどの白金族元素は次世代耐熱合金として研究が行われている。本研究は、高融点の白金族元素Irに着目し、Ni基超耐熱合金と同様のγ/γ'強化型の新しいIr-Al-W基超高温材料の研究を行った。高温におけるγ/γ'2相組織の組織安定性を調査するため、Ir-Al-W、Ir-Al-W-Ni、Ir-Al-W-Co、IrAl-W-Fe合金を1200～1300℃で熱処理をしてSEMにより組織変化を調査した。いずれの合金系においても、組成に依存してγ'相の粗大化が観察された。格子定数を調査したところ、γ/γ'相の格子ミスマッチが大きくなるとγ/γ'整合組織が崩れ、組織の粗大化が起こることがわかった。また、Ir-Al-W-Ni、Ir-Al-W-Co、Ir-Al-W-Fe合金の種々のNi、Co、Fe添加量と室温及び高温における強度との関係を調査した。γ'相を微細析出させたIr-Al-X合金において熱処理条件を検討した結果、適切な添加量と熱処理条件を選択することで、1000℃で800MPa,1500℃で600MPaの優れた高温強度が得られた。

現在、航空機エンジンや産業用ガスタービン等の熱機関の高温部は主にNi基超耐熱合金が用いられているが、エネルギー高効率化やCO_2排出削減、省資源といった環境に対する配慮から、1000℃以上でも無冷却で使える超高温材料が次世代の材料として望まれている。そのような状況の中、Pr、Ir、Rhなどの白金族元素は次世代耐熱合金として研究が行われている。本研究は、高融点の白金族元素Irに着目し、Ni基超耐熱合金と同様のγ/γ'強化型の新しいIr-Al-W基超高温材料の研究を行った。高温におけるγ/γ'2相組織の組織安定性を調査するため、Ir-Al-W、Ir-Al-W-Ni、Ir-Al-W-Co、IrAl-W-Fe合金を1200～1300℃で熱処理をしてSEMにより組織変化を調査した。いずれの合金系においても、組成に依存してγ'相の粗大化が観察された。格子定数を調査したところ、γ/γ'相の格子ミスマッチが大きくなるとγ/γ'整合組織が崩れ、組織の粗大化が起こることがわかった。また、Ir-Al-W-Ni、Ir-Al-W-Co、Ir-Al-W-Fe合金の種々のNi、Co、Fe添加量と室温及び高温における強度との関係を調査した。γ'相を微細析出させたIr-Al-X合金において熱処理条件を検討した結果、適切な添加量と熱処理条件を選択することで、1000℃で800MPa,1500℃で600MPaの優れた高温強度が得られた。