# Fileset

[NRIMNews1995-08.pdf](https://mdr.nims.go.jp/filesets/d1bf93e4-f5e4-425b-a82b-fbb562a5a6c1/download)

## Creator

石井 利和

## Rights

In Copyright[In Copyright](http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/)

## Other metadata

[金材技研ニュース 1995 No.8](https://mdr.nims.go.jp/datasets/032724b8-1d4c-4f2e-b64f-373af668d560)

## Fulltext

金属技研ニュース　1995　No.8七〇一．＝ピEΦo一一0E蜆E0一垣O］一〇〇〇一〇〕o＝あ○蜆oo一］o－E0－ooo］101E0f000〕蜆o〇一一〇〇一〇一蜆○蜆眈Eo〕．ゼ≧里三…oo…Z－oo〕蜆］0f←AsEAN地域大気腐食試験／CvDでw粉末にHfC被覆／Ni基耐熱合金組織の応カ依存性ASEAN地域における5年間の大気腐食試験タイ， フィリピンの計8箇所でデータを収集　地球規模での材料の大気腐食評価を行うための国際共同研究はISO（国際標準機構）その他で実施されてきた。大気腐食データの収集活動の中で，・此界の成長中心である東南アジアを含む熱帯モンスーン地区のデータはとかく欠落し勝ちであり，地球規模の大気腐食性データベース作成に寄与するために，当研究所ではタイ科学技術研究所（TISTR）およびフィリピンエ業技術開発研究所（ITDI）と共同で両国内各4箇所で各種無塗装金属，塗装鋼などの大気腐食試験を1989年より5カ年計画で実施してきた。その結果を以下に紹介する。　ISOでは環境の指標として侵食速度の低い順にC1からC5の5段階の分類を与えている。ASEAN内8箇所のデータから，大都市の値としてC3，海岸のすぐ隣接地ではC4－C5を得た。また，大気汚染の低い地域ではC1－C2と世界自勺に兄てもきわめて低いレベルであった。図1はタイHua－Hin地区における各種金属の1年問の腐食速度を海岸線からの距離の関数として両対数グラフにプロットしたものである。金属の腐食はその距離に著しく　　　　　　　　炭素鋼亜鉛アルキド　　　　　　　　■　　　く〉　　　o　1．000　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　100冷石3越掲無壌3001003010　3　11＼、．。L」l／　O　　㌔一・一、＿　　　　　■⊥一一一一一　　　　　　80三　　。」　　　　　　60　　　■／→　　　　φ㌧・1：◇20　　50　100　200　5001，OO02，OOO　　　　海岸線からの距離（m）図1　タイ，海浜環境における材質劣化渓鼎迦肇．黒米敏感である。特に亜鉛および炭素鋼では影響が顕著でC5に対応している。海岸から150m以上離れると海洋の影響は減少して，腐食速度も湿帯を中心に求められた世界の平均値C3に近い。図1はアルキド樹脂塗装鋼板の光沢保持率の変化も示している。大気暴露によるポリマーの1～2年問の経時劣化は明瞭であるが，海洋の影響は小さい。標準ポリエチレン膜を用いて調べた結果，ポリマーの劣化度は太陽光の積算紫外線量に比例することが分かった。タイおよびフィリピン地城での劣化速度は筑波地区のほぽ2倍である。　図2はISOが行った・1・阯界49箇所での試験結果から得た炭素鋼と亜鉛の腐食速度の柵関を示す。これに今回のタイにおける試験結果を重ねて示した。・1・1l1界的傾向として鋼の大気腐食速度は亜鉛の20倍である。タイにおける腐食データはこの回帰直線上にあり，湿帯，冷温帯と比較して，熱帯地域での大気腐食データに特異性は認められなかった。また，炭素鋼の大気腐食の時1洲依存性がほぽ△W＝kπの形で表せることを碓認した。吐川。挫景蝕　m墜s黒　・1・採ヨ匡．／／’／　　　　　　。。／。　　　’　／。　　　　　デ■　　　　　　喝　　○ロロく　　。．〆㌣／0　［二■　　　　　席鉛口〕腐食速度（μ■皿ノ年〕図2　炭素鋼と亜鉛の腐食逃度の榊閑流動屑CVD法によりタングステン粉末にHfCを被覆焼結法によるW－Hf－C合金の製造に向けて　ニッケル基合金やコバルト基合金などの超耐熱合金の耐用温度をさらに高める方法として強化繊維を分散させる試みがあり，その強化繊維としてタングステン（W）しl1に炭化ハフニウム（HfC）微細粒子を分散させた線材が開発されている。このW－HfC繊維の作製は真空アーク溶解法によって均質なインゴットを作ることから始まる。インゴットを2300℃一1800℃で押出しやスウェージングなどの加工熱処理によって線材に加工する過程でHfC粒子が微細に分散した組織が形成される。ドープタングステンや酸化トリウム（ThO・）分散タングステン合金などはすべて粉末焼結法で工業生産されているが，その理由はタングステンの融点が3410℃と非常に高く，溶解法による作製では装置の規模が大きくなって製造コストがかさむためである。W－Hf－C含金の作製についても焼結法の適用は経済的に有利と兄られるが，その場合は粉末の段階でO．35mol％程度の微量のHfCを如何に均一に混合するかが課題となる。焼結原料としてW－Hf－C粉末を用いることができれば均一混合の問題は解決されるが，合金粉末はタングステン粉末と異なって酸化物還元法などで作ることはできない。　そこで当研究所では焼結原料として被覆粉末を用いることを考案し，「流動層CVD（気相合成）」によってタングステン粉末にHfC被覆することを試みた。流動層とは，装置の下部から流体を吹き上げ，固体粒子を懸濁の状態に保った層をいう。従来，流動層CVDによる粉末の被覆は核燃料の製造などに適用されているが，その対象となる粉末は径が数百μm程度の粗いものに留まっている。これは流動層技術が微粉末に適用しにくいためであるが，焼結原料粉末となれば大きくても数μm以下でなければ　　　　　＾「・HO■・CH4’’’’’　　　　ならず，微粉末を＾。．Cl．CH4〔〉　　　　　　　　　　　対象として流動層　　　　　　　　　　　　　　　　　CVDによって被　　　　　　　　　　　　　　　　　覆を行うには新た　　　　　　　　　　　　　　　　　な工夫と制御が必　　　　　　　　　　　　　　　　　要であった。　　　　　　　　　　　　　　　　　　図に流動層CVD　　　　　　　　　　　　　　　　　プロセスの概念を　　　　　　　　　　　　　　　　　示した。反応搭内　　　　　　　　　　　　　　　　　にタングステン■粉　　　　　　　　　　　　　分散板　末を装填し・下方　　　　　　　　＾r．H宣図　流動層CVD被覆法の概要。分故板の下方からArガスを吹　　き上げてW粉末の流動層を形成させる。高温の流動屑に　　CVD反応ガスを作用させてHfCの被覆を行う。．Cl・．CH・［二〉HfC．／⑨Hf⑨ヒ1 　　⑲！⑨タ1 ／・1・／・／・／分散板からアルゴンガスを導入して流動層を形成させる。1280℃に加熱した流動層にCVD反応ガスを作用させ，タングステン粉末の表面にHfCを析出させる。反応搭には内径42mmのムライト（A1－Si－O）製の管を，分散板には濾過精度が100μmのアルミナ（A1．Oヨ）質の球状焼結フィルターを使用した。被覆させるタングステン粉末の径は3～5μmで，CVD反応の原科となるガスは塩素，メタンおよび水素である。CVD反応で主役をなすHfα・は図のように装置内で金属Hfに塩素を作用させて作る。流動層形成の条件は粉末の装土眞量とガスの流遼である。透明なガラス管を用いた室温での実験から粉末の装填量がユOg／cm2前後，ガス流速がo．2～o．5m／sの場合に流動層が比較的安定して形成されることがわかった。粉末の量がこれより多くても少なくても良好な流動層は形成されず，またガス流速が小さけれぱ流動層が形成されず，大きければ粉末の飛散して失われる量が急激に増大する。上記の最適条件における・粉末の回収率は81％であった。高温に加熱した場合の問題点として，800℃以上の温度でタングステン粉末の表面酸化膜が昇華して清浄な金属表面が露出するので粉末が凝集し易くなり，流動層形成が不可能となることが挙げられる。これを回避するために650℃でHfCの予備被覆処理を行うことと，流動層を強制的に擾伴することが必要であった。　写真は1280℃で15分間のCVD反応によって被覆した粉末の状態を示している。被覆屑の厚さは約8nmで，平均HfC含有量はO．4mo1％である。この粉末をプレス成形し2300℃で！時問の真空焼結を行って密度比92．7％の焼結体を得た。硬度はHv50ト1700で，場所によって異なっており，均質な合金の作製には焼結工程を改善する余地がある。　流動層CVD法は，他の方法では作製が難しい系の被覆粉末の製造に適用することが可能であり，上記の構造用素材に限らず，表面被覆層の特性を活かした機能性材科　　　　　　　　　　　　　　　　　　の製造にも適用が期待できる。今後はさらに種々の系の被覆粉末作製に関して基礎的実験を重ねて行く方針である。写真　HfC被覆したW粉末の走査電子顕微鏡写真。1280℃，15　　　分間のCVDにより約8nmの被覆層が形成された。Ni基耐熱合金の複相組織形態の応力依存性を解明最新型発電システム等の信頼性向上へ　ガスタービンによる発電を行った後，その排熱を利用して蒸気夕一ビンによる発電も行う複合サイクル発電システムは，エネルギー効率が高く，環境への負担も少ないことから，近年，火力発電システムの主流になりつつある。ガスタービンの燃焼ガス温度が1000℃を超える高温のため，その排気ガスで蒸気夕一ビンを1百1すことができる。したがって複合サイクル発電システムはメリットが・大きいが，その反面，蒸気沮度50ト600℃で稼働する蒸気タービンに比べ，ガスタービンでは1000℃を超える高温ガスにさらされるので，高温構造部材は非常に過酩な条件下で使用されることになる。　ガスタービンの高温構造用部材には，ロケットエンジンやジェットエンジン等の航空宇宙用に開発されてきたγ’和析出強化型Ni基耐熱合金が用いられる。この耐熱合金はマトリックス（母相）であるγ相1’1・に，金属問化合物であるγ’相が析出した2相組織を有しており，そのミクロ組織形態が高温強度特性と密接に関連することがわかっている。すなわち，優れたクリープ強度を得るにはγ’相の体積率を60－70％程度にするとともに，写真（a）に示すように，γ1相が応力軸と垂直な方向に連結・成長した，一般にラフト構造と呼ばれるミクロ糾織形態を高温貧荷中に形成することが重要である。　ところで，この耐熱合金はこれまで主に航牢宇宙用に研究・開発が行われてきたため，比較的短1時間のクリープ強度特性が重視されてきたが，地上用の大型ガスタービンに使用するには，長時問にわたって優れたクリープ強度特性を保持することが必要である。そこで，γ’相析出強化型Ni基耐熱合金として広く一般に使用されているIncone1713Cについて，金材技研クリープデータシートプロジェクトで取得した長1時問クリープデータを利用して，ミクロ組織形態の高温・長時間安定性とクリープ強度特性との関係などを調べた結果，1000℃の高温では高応力・短時間側と低応力・長11寺間側とでミクロ組織形態Incone17／3C／000℃　　ムt。＝13，994－8・写真　短時間および長時間破断材のミクロ組織が’人きく異なるという興昧深い新知兄が得られた。　図は，3種類のIncone1713Cについて取得した850～！000℃で最長約5万時間までのクリープ破断データである。これらのクリrフ。破断試験片について試験後のミクロ組織形態を観察したところ，850－950℃でクリープ破断したすべての試験片で写真（a）に示すようなラフト構造が観察された。しかしユOOO℃では，短時間でクリープ破断した試験片にラフト構造が観察されたものの，低応力・長時間でクリープ破断した試験片では，写真（b）に示すようにラフト構造は企く認められなかった。　その原因について調べた結果，クリープ破断材にラフト構造が認められない1000℃，低応力（47MPa）の条作下では，クリープ試験開始から破断にいたる途H1の段階でもラフト構造は形成されておらず，ラフト構造が短時問側で形成され長時間のクリープ変形1巾に崩壊したという■訳ではないことがわかった。それをさらに確認するため，1000℃における種々の応力下でのクリープ試験を24時間で中断し，ミクロ組織形態に及ぼす応力の影響を調べたところ，100MPa以上の高応力下ではラフト構造が形成されるが、100MPa以下の低応力下では全く形成されないことが判明した。すなわち，γ1相が応力軸と哨1角方向に連結・成長したラフト構造を形成するには応力の負荷が重要な1天1子となっている。低応力下ではラフト構造を形成するための駆動力が不足し，ラフト構造が形成されないものと解釈される。　以上，金材技研クリープデータシートの長1時間クリープデータと今回の実験による検証に基づき，得られた結果から指摘すべきこととして，γ’相析出強化型Ni基耐熱含金をlOOぴCの高温で長時問使用する場含には，クリープ強度特性を支酉己する重要囚子としてのミクロ組織形態が応力に大きく依存することを一1止分に考慮する必要がある。　　500　　400　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　1ncone1713C　　　　　　O　△　　300　　　　　　①I　　　　　△　口）　　200　　醜　肚合O□（　　　　　　■　　　　◎　　回△　　　①▲　　凪　　　O　□£　　　　　　　　　　　　　　△　　σ　　　　　　　　　　　　◎　　回△　　　　ハ　［一量mOAA1甘、　・▲．．▲触腕▲①“△只70・△・…℃　　　▲。．　蝸長・・①△・・1叱　　　　　・▲回・△　　40　◎A回舳C　　　　　　■■　　3（〕●▲。1000℃　　　　　　　　■　　20lO≡ 1O〕　　　lO］　　　l〇一　　　10ヨ　　　碩皮魑干11寺旧』　（h）図　クリープ破断強度9月の研究発表（田内分）箏　・協金名X㌻玉V’95　　　　（つくぱ：金属材料技術研究所）策41リlSAMPE先端材料技術脳際会議　　　　　（Hi1淋：束刺ヨ葛際兇本引玉全場）1二1木分析化学金糾4年金　　　　　　　　（北海遭1北海遭大学）開催期1洲 発　　表　　魑　　　1’1 溌炎劣（所楓）9．20～9．22　ユ9．25－9．28　14．9．28～9，30　／　．The　Effect　of　Vacuum王〕ressure　on　the　Segre一沓武gation　Beh纈vior　of　Metal　At（〕ms逝寸｛炎im他Controi　of　Tetragona1／Monoc－inic　Transforn／一阿榔一＝，i｛二1二雌（環境）池ation　in　a　ZrOゾ9．7nユol％MgOEffect　of　Heat　Treatment　ol－Klc　of　MgO宗木　政一（環境）他Partia11y　Stabil｛zed　ZラrcolユiaMechaηical　aηd　Superconduct1ng　Properties二1仁i　l　｛、1（1G）他of　Bi．Sr．CaCu．Ox／Ag－Mg－zr　Alloy　Compos－ite　TapesCytotoxic批y　Evaluation　of　Pseudo－I3ody，1」木　玲一」r（2T）他F1uids　Used　as　Environn／ent　of　FrettingFat｛gue　Tests　of　Meta1lic　Biomaterialsグロー放施質搬分析法によるニッケル薬i鮒熱含伊藤　奥二（物性）他金分析◇短　信◆○受　賞　科学技術庁長官業績表彰（平成7年5jη91」1受賞）　　　　　　　　　原困広史　　ニッケル基趨耐熱含金の設計と1粥発に闘する研究に　おいて剤，乳特性に優れた含金の設膏1’法及び新たなニッ　ケル基趨耐熱含金を1粥発し耐熱含金の高度化に貫献し　た。　第1研究グループ　福禽勝夫　　商淋趨伝導体の薄膜作成に関する研究においてイッ　トリウム系趨伝潮奥の導体化披術を1粥発し商猟趨伝導　才オ料の実州化の進展に賛献した。　剰撒制御研究音11大澤嘉昭　　微細凝1捌紺織鋳造材料の禽1膿に閥する概究において　サイアロンを川いた趨背波振動付加装綴を考案し商性　能新素材の開発に貫献した。腐食防食協会論文賢損傷機構研究部　升田博之環境性能研究部　松岡三郎環境性能研究部　長島伸夫　「トンネル電流が閑与する金1i司の電析現象」に閥し，優れた研究業絞をあげたことにより，平成7年引］2311、．」1二記の賞を受けた。◆特許速報◆●登　録発閉の名称Mn添加TiA冷j醐瑚化合物の溶解鋳造方法索溢．一延惟の改襟された耐熱物の製造法遊移金属炭化物の製造方法＝…NbヨA1金賦閉化合猿　　　1．17．5．12登録番号玉91784619ユ7916ユ928C79准　1粥　者　名商橘順次，愈都兵次郎鰐川燭治，武1圭1｛赦発行所科学技術庁金属材料技術研究所　　　　　予305茨城県つくば布干現1－2一ユ　　　　　　TEL（0298）53－1045（企11■η室1改遡），　　　　　　FAXく0298）53－1C05通巻鏑蜘妙繍■牒兼発行人閉」含せ先1三1」　脳　　所　　　　平成7年8♪1発行　　　　石　リ1＝　利　和　　　　　　企il1蛙薪及係前　1111三1」棚　株式金村茨城県つくば市東新介玉4－5