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

基本信息

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

项目摘要

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。

实际使用超高温度结构材料，例如W合金和碳纤维增强碳材料，需要出色的氧化涂料。为了提高氧化耐药性，抑制氧气渗透到底物的氧气预防屏障（ODB）很重要，并且具有2720K熔点的IRIDIUM IR是最合适的ODB。但是，IR本身没有很好的氧化抗性。考虑到这一点，从智能材料设计的角度来看，IRAL和IR-SI合金被设计为抗氧化涂料。该设计被认为会导致氧化为“ IR连续层，它变成ODB，而Al_2O_3或SIO_2层可保护其免受氧化的影响，而这些材料是具有自我修复功能的材料。”实验表明，当Iral氧化时，它会进入IRAL-IR-AL_2O_3（2iral+3O_2→2IR+2AL_2O_3）的三相区域，而IRAL会通过氧化产生IRAL阶段和Al_2O_3。另一方面，就IR-SI系统而言，制造了IR-25至50 mol％Si合金并进行了差异热分析，因此，发现在大约1600-1760 K时有一个含有液相的反应，这使得难以将IR-SI二进制合金用于Ultra-High温度。从上面，我们证明了IR-AL合金作为智能ODB有望，我们试图通过添加第三个元素来研究过程并改善过程。作为一个过程，使用粉末的反应热按压方法用于制备几乎单相B2合金，并略有混合Al_2O_3。因此，反应性热压方法是生产单相的IRAL合金（例如热喷雾粉末和溅射目标材料）的有效方法，这对于生产膜所必需。 FE，CO和NI被添加为改善IRAL的添加元素，认为这可以提高B2稳定性并提高AL_2O_3的生产能力，并研究了氧化行为。特别是揭示了重量变化大大减少，尤其是在NI和共同添加的合金的情况下，IRAL的氧化耐药性得到了极大的改善。但是，由于这些元素的添加降低了连续IR层的形成能力，即ODB，因此可以通过大约几分摩尔％的添加量获得最佳的氧化耐药性和所需的氧化抗多层涂层结构。