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2012-2

酸化保護膜中の物質移動に及ぼす粒界偏析元素効果


技術のポイント

酸化膜中の物質移動に及ぼす粒界偏析元素の役割を解明し、保護膜性能を向上させるための最適元素配置を予測

基礎研究


背景
耐熱合金の良好な耐酸化性は、保護膜効果を有するアルミナスケールが形成されるからである。合金の耐酸化性をさらに向上させるには、スケール内部におけるAlとOの相互粒界拡散を抑制することが重要である。

目的
多結晶アルミナ膜の粒界を介したO2透過性を評価・解析することにより、酸素遮蔽性を向上させるための粒界偏析元素の最適配置を予測・実証する。

成果
(1) 希土類元素(Lu)を粒界偏析させた場合は酸素の易動度が低下し、IV族元素(Hf)を粒界偏析させた場合はAlの易動度が低下する。
(2) アルミナ膜中をAlとOが相互粒界拡散する場合、Al、O共に、流出側の流束が流入側に比べて著しく大きい。
Lu粒界偏析層を低PO2側に、Hf粒界偏析層を高PO2側に配置した場合、
積層膜全体の保護膜性能が大きく向上することを明らかにした。


図1. アルミナ膜中のAlとOの粒界拡散係数に及ぼす
粒界偏析元素効果(1923K)
図2. アルミナ膜中のAlとOの流束プロファイルに及ぼす
粒界偏析元素配置効果(1873K)



今後の展開
その他の粒界偏析元素(希土類、IV族)
についても評価・解析
耐熱合金、非酸化物系複合材等の
耐環境性保護膜に活用

参考文献 T.Matsudaira et al., Acta Mater., 58, 1544(2010); ibid., 59, 5540(2011).
M.Wada, et al., J. Ceram. Soc. Jpn., 119, 832(2011). 〔特許出願済〕
謝辞 本研究の一部は、文部科学省科学研究費補助金特定領域研究 「機能元素のナノ材料科学(領域番号474)」 およびJST-ALCAの一環として行われたものである。



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