金属間化合物TiAlの酸化に及ぼす空気中の水蒸気量の影響

空气中水蒸气含量对金属间化合物TiAl氧化的影响

• 批准号: 08650814
• 负责人: 吉原 美知子
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08650814/
• 关键词: 高温酸化; 金属間化合物; TiAl; 水蒸気分圧; 雰囲気

金属間化合物TiAlは構造用軽量耐熱材料として期待されているが、高温での耐酸化性は十分ではない。TiAlの酸化特性は純酸素中よりも空気中の方が劣り、空気中の窒素により影響を受けることが知られている。しかし、雰囲気中の他の要素、例えば、ジェットエンジン部材として使用する場合、燃料の燃焼により発生した水蒸気や二酸化炭素の影響を受けるか否かは明らかではない。そこで、本研究ではTiAlの酸化特性に及ぼす雰囲気中の水蒸気量の影響を検討した。試料にはほぼ化学量論組成のTiAlを用い、水蒸気量は市販の高純度空気(露点-40℃以下)を一定温度の水中にバブリングさせることにより変化させた。酸化試験は1気圧の雰囲気中で800〜900℃で行った。雰囲気中の水蒸気の分圧は10^<-4>〜2×10^<-1>atmの範囲で変化させ、試料周辺での雰囲気の流速は0.1cm/secとなるように調節した。その結果、800℃で1サイクル5時間の繰り返し酸化を行った場合、水蒸気分圧の低い雰囲気(分圧:10^<-4>atm)では数サイクル後に酸化被膜の剥離が認められ、酸化増量は直線的に増加したが、水蒸気分圧の高い雰囲気(分圧:10^<-1>atm)では皮膜の剥離は酸化100時間後でも認められず、酸化増量は放物線的になった。いずれの場合でも生成される酸化物はAl_2O_3とTiO_2であった。一方、連続酸化の場合、試料の酸化増量は800℃では雰囲気の影響はほとんど認められなかったが、試験温度が900℃の場合、水蒸気分圧の高い方が試料の酸化増量は大きくなった。しかし、この場合でも水蒸気分圧の低い方が酸化皮膜は剥離しやすい傾向が認められた。したがって、雰囲気中の水蒸気分圧が高いと酸化物の成長速度は大きくなるものの、酸化皮膜の構造に影響を及ぼし、皮膜の剥離は抑制されるものと考えられる。

金属间化合物TiAl有望成为一种轻质、耐热结构材料，但其高温抗氧化性能不足。众所周知，TiAl在空气中的氧化性能比在纯氧中差，并且受到空气中氮气的影响。然而，尚不清楚它是否受到大气中其他元素的影响，例如用作喷气发动机部件时燃料燃烧产生的水蒸气和二氧化碳。因此，在本研究中，我们研究了大气中水蒸气含量对TiAl氧化性能的影响。使用接近化学计量组成的TiAl作为样品，通过将市售的高纯度空气（露点低于-40℃）在恒温下鼓入水中来改变水蒸气的量。氧化测试在800-900°C、1个大气压的气氛下进行。气氛中的水蒸气分压在10^-4至2×10^-1atm的范围内变化，并且将样品周围的气氛的流速调节至0.1cm/sec。结果，当每个循环在800℃下重复氧化5小时时，在低水蒸气分压(分压：10^-4atm)的气氛中，在几个循环后观察到氧化膜的剥离，氧化重量呈线性增加，但在高水蒸气分压(分压：10^-1atm)的气氛中，即使氧化100小时也没有观察到膜的剥离。增加变成抛物线。两种情况下生成的氧化物均为Al_2O_3和TiO_2。另一方面，在连续氧化的情况下，在800℃时，气氛对样品的氧化增重几乎没有影响，但当测试温度为900℃时，样品的氧化增重发生了变化。水蒸气分压越高则越大。然而，即使在这种情况下，也观察到水蒸气分压越低，氧化膜越容易剥离。因此，认为气氛中的水蒸气分压高时，氧化物的生长速度变快，但对氧化膜的结构产生影响，抑制膜的剥离。