極低酸素透過バリヤーを形成するイリジウム基金属間化合物による超耐酸化被膜の開発

使用铱基金属间化合物开发超抗氧化涂层，形成超低氧渗透屏障

• 批准号: 11750604
• 负责人: 細田 秀樹
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750604/
• 关键词: IrAl; 耐酸化コーティング; イリジウム; スマートマテリアル; 酸化挙動; 反応ホットプレス法; 超高温構造材料; 添加元素; 高温構造材料; 耐酸化皮膜; 組織; 相安定性; 耐酸化性

W 合金や炭素繊維強化炭素材料などの超高温構造材料の実用化のために、優れた耐酸化コーティングが要求されている。耐酸化性の向上のためには、基材への酸素の透過を抑制する酸素透過防止バリヤー(Oxygen Diffusion Barrier : ODB)が重要であり、ODBとして融点2720KのイリジウムIrが最適である。しかし、Ir自身の耐酸化性はあまり良くない。この点をふまえ、スマートマテリアル設計の観点から耐酸化皮膜としてIrAlおよびIr-Si合金を設計した。設計では、酸化により「ODBとなるIr連続層とそれを酸化から守るAl_2O_3またはSiO_2層を生成し,かつこれらが自己修復的機能を有する材料」になると考えられた。実験の結果、IrAlは酸化するとIrAl-Ir-Al_2O_3の3相領域に入るため(2IrAl+3O_2→2Ir+2Al_2O_3),IrAlは酸化によりIr相とAl_2O_3相を生成することがわかった。一方、Ir-Si系に関しては,Ir-25〜50mol%Si合金を作製し、示差熱分析を行った結果,1600-1760K程度に液相を含む反応があり,このためIr-Si2元系合金を超高温用皮膜として用いることは困難であることを明らかにした。以上より,Ir-Al合金がスマートODBとして有力であることを示し、プロセスの検討および第三元素添加による改良を試みた。プロセスとしては、素粉末からの反応ホットプレス法によるとわずかにAl_2O_3の混在したほぼB2単相の合金を作製できた。したがって、反応ホットプレス法は皮膜作製に必要となる溶射粉末やスパッタターゲット材などのIrAl単相合金の作製に有効な手法である.IrAlの改良のための添加元素としてB2安定性を高めAl_2O_3生成能を向上させると考えられるFe,Co,Niを添加し、酸化挙動を調べた結果、特にNi添加とCo添加合金で重量変化が激減し、IrAlの耐酸化性を大きく向上させることを明らかにした。しかし、これらの元素添加はODBであるIr連続層の形成能を低下させるため、数mol%程度の添加量で最も良好な耐酸化性と目的の耐酸化多層被膜構造が得られることを明らかにした。

钨合金、碳纤维增强碳材料等超高温结构材料的实际应用需要优异的抗氧化涂层。为了提高耐氧化性，抑制氧向基材的渗透的氧扩散阻挡层(ODB)很重要，作为ODB，最适合熔点为2720K的铱Ir。但Ir本身的抗氧化性不是很好。基于这一点，我们从智能材料设计的角度，设计了IrAl和Ir-Si合金作为抗氧化薄膜。在设计中，人们认为氧化会产生“连续的Ir层，成为ODB和Al_2O_3或SiO_2层以保护其不被氧化，并且这些将成为具有自愈功能的材料。”实验结果表明,IrAl氧化时进入IrAl-Ir-Al_2O_3(2IrAl+3O_2→2Ir+2Al_2O_3)三相区,因此IrAl氧化生成Ir相和Al_2O_3相。另一方面，对于Ir-Si系，将Ir-25制成50mol％Si合金并进行差热分析，结果发现在约1600-1760K发生涉及液相的反应，并且因此，Ir-Si二元合金被揭示很难将其用作超高温涂层。综上所述，表明Ir-Al合金作为智能ODB是有效的，并尝试通过检查工艺并添加第三元素来对其进行改进。就工艺而言，我们能够利用反应热压法从原料粉末中制备出掺有少量Al_2O_3的几乎单相的B2合金。因此，反应热压法是生产薄膜生产所需的热喷涂粉末和溅射靶材等IrAl单相合金的有效方法。B2作为改善IrAl的添加元素，增加了稳定性，Al_通过添加被认为可以提高2O_3生成能力的Fe、Co、Ni，并研究其氧化行为，结果发现，特别是在添加Ni和添加Co的合金中，重量变化显着减少，并且IrAl的抗氧化性能得到了很大的提高。然而，由于这些元素的添加降低了形成作为ODB的Ir连续层的能力，因此表明以几摩尔％的添加量可以获得最佳的抗氧化性和期望的抗氧化多层膜结构。做过。

项目成果

細田秀樹: "シンポジウム予稿「日金属・合金の現状と将来」第4章"日本金属学会. 68(4) (2000)

细田秀树：“研讨会论文集“日本金属和合金的现状和未来”第 4 章”日本金属学会 68(4) (2000)。

細田秀樹: "IrAl基金属間化合物の耐酸化特性"まてりあ. 40[3](印刷中). (2001)

Hideki Hosoda：“IrAl 基金属间化合物的抗氧化性能”Materia 40[3]（出版中）。

H.Hosoda et al: "Oxidation behavior of IrAl alloys contining Ni"International symposium on lridium. (in press). (2000)

H.Hosoda等人：“含Ni的IrAl合金的氧化行为”国际铱研讨会。

H.Hosoda,K.Yoshimi,S.Miyazaki,S.Watanabe and S.Hanada: "Mechanical Properties and Oxidation Resistance of Ir-added FeAl Alloys"Iridium (ed.by E.K.Ohriner et al.TMS). 295-301 (2000)

H.Hosoda、K.Yoshimi、S.Miyazaki、S.Watanabe 和 S.Hanada：“添加 Ir 的 FeAl 合金的机械性能和抗氧化性”铱（由 E.K.Ohriner 等编辑，TMS）。

H.Hosoda et al: "Mechanical properties and oxidation resistance of Ir-added FeAl alloys"International symposium on Iridium. (in press). (2000)

H.Hosoda等：“添加Ir的FeAl合金的机械性能和抗氧化性”国际铱研讨会。