革新的Ni基ODS超合金におけるγ'相の高温重照射下安定性メカニズムの解明

阐明创新镍基ODS高温合金在高温和强辐照下γ相的稳定机制

• 批准号: 19K15480
• 负责人: 金野 杏彩
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K15480/
• 关键词: Ni基超合金; 酸化物分散強化; イオン照射; 次世代原子炉; Ni基ODS超合金; γ'析出物

800℃以上の高温に耐えうる炉心材料が要求される航空機材料や次世代原子炉、核融合炉では、γ'(Ni3Al)相に起因する高い高温強度を持つ、Ni基合金の利用が期待されている。これらの材料には、高温強度だけでなく耐照射性も要求されるため、両者を両立させた合金開発が必要不可欠である。我々は従来のNi基合金に酸化物粒子を分散させることで耐照射性を向上した、新Ni基超合金MS4を開発したが、先行研究では本材料は800℃・100dpaという高温重照射環境に耐えるが、次世代原子炉で必要とされる1000℃・100dpa には耐えられない結果であった。合金の性能は酸化物粒子とγ'相の2種類の析出物の相互作用が鍵であるため、更なる超過酷環境での照射を行い、両者の相互作用を解明するとともに、革新的新規材料の開発を目指す。本年度は、試料の手配と800℃・100dpaの照射実験の再現実験を行った。これは先行研究で使用した加速器装置と照射イオンが異なるためである。高崎量子応用研究所のTIARA加速器でのNiイオンの800℃・100dpa照射材に対して透過電子顕微鏡観察を行った結果、先行研究における京都大学DuETでのFeイオンの照射結果と同様に、γ'相は800℃でも安定に存在した。この相安定性の要因として、γ'相構成元素であるAlやTaがエネルギーの高い結晶粒界等に偏析する逆カーケンドール効果が挙げれられる。研究代表者は、照射中に酸化物粒子界面でも同様の偏析が起こり大規模な粒界偏析が抑制され、γ'相の形状安定性が維持されたと仮定した。試料観察の結果、酸化物粒子界面においてAlやTa等のγ'相構成元素の濃化は見られず、γ'相の高温での相安定性の要因は酸化物粒子の逆カーケンドール効果に寄らないことが判明した。今後、より高温での照射実験を行いγ'相の安定性と酸化物粒子の影響に関して詳細に検討する必要がある。

对于需要能承受800℃以上高温的核心材料的航空材料、下一代核反应堆、核聚变反应堆等，使用镍基合金，由于其γ'特性而具有较高的高温强度(Ni3Al)相，是预期的。这些材料不仅需要高温强度，还需要耐辐照性，因此开发同时满足这两种要求的合金至关重要。我们开发了一种新型镍基高温合金MS4，通过将氧化物颗粒分散到传统的镍基合金中，提高了耐辐照性能，但之前的研究表明，这种材料不能在高温、重辐照环境下使用。 800℃和100dpa，但无法承受下一代核反应堆所需的1000℃和100dpa。由于氧化物颗粒和γ'相两种类型的析出物之间的相互作用是合金性能的关键，因此我们在极其恶劣的环境中进行了进一步的辐照，以阐明两者之间的相互作用，并开发创新的新材料。旨在发展今年我们安排了样品，进行了800℃/100dpa辐照实验的再现实验。这是因为之前研究中使用的加速器设备和辐照离子不同。在高崎量子应用研究所的TIARA加速器上，对800℃、100dpa下的Ni离子照射材料进行透射电子显微镜观察，结果发现，即使在800℃下，γ'相也稳定存在。有助于该相稳定性的一个因素是逆柯肯达尔效应，其中作为γ'相的构成元素的Al和Ta在高能晶界偏析。主要研究人员假设，在辐照过程中氧化物颗粒界面处发生了类似的偏析，抑制了大范围的晶界偏析并保持了γ'相的形状稳定性。样品观察的结果是，在氧化物颗粒界面没有观察到Al、Ta等γ'相构成元素的富集，高温下γ'相的相稳定性的因素是氧化物的逆​​柯肯达尔效应。结果发现它没有来。未来需要在更高温度下进行辐照实验，详细考察γ'相的稳定性和氧化物颗粒的影响。