格子歪み誘起拡散抑制による新規多主成分合金における優れた1200℃耐酸化性

科学分野:

• 材料科学
• 冶金学
• 航空宇宙工学

背景:

• 高推力タービンエンジンには、より高い動作温度に対応する先進材料が必要である。
• 現在、熱障壁コーティング（TBC）で使用されているニッケル-コバルト-クロム-アルミニウム-イットリウム（NiCoCrAlY）合金は、酸化と剥離により約1100℃の温度限界がある。
• 次世代構造材料は、これらの限界を克服するために必要とされている。

研究 の 目的:

• 高温用途向けに耐酸化性を強化した新規多主成分合金（MPEA）を設計・評価すること。
• 新しい合金の高温性能向上メカニズムを調査すること。

主な方法:

• 新規イットリウム（Y）およびハフニウム（Hf）共添加NiCoCrAl型MPEAの設計。
• 1200℃で500時間の高温酸化試験。
• 熱成長酸化物（TGO）および下層合金の微細構造解析および特性評価。

主要な成果:

• 新規MPEAは1200℃で優れた耐酸化性を実証した。
• MPEAは、典型的なNiCoCrAlY合金と比較してTGO成長率が59%低かった。
• MPEAでは、1200℃で500時間後のTGO剥離はほとんど観察されなかった。
• 合金は保護的なAl2O3スケールの急速な形成を達成し、格子歪みによる拡散を抑制した。

結論:

• 調整された微細構造と格子歪みを統合したMPEAの共設計戦略は、極限環境下での超安定性能のための新しい経路を提供する。
• 新規YおよびHf共添加合金は、TBC用途において従来のNiCoCrAlY合金を大幅に上回る進歩を表す。
• この研究は、タービンエンジンでより高い温度に耐えることができる次世代材料への道を開く。