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ニッケルアルミナイドは、広く使用されている2つの金属間化合物、Ni 3 AlまたはNiAlのいずれかを指しますが、この用語はニッケルアルミニウム合金を指すために使用されることもあります。これらの合金は、高温でも強度が高く、密度が低く、耐腐食性があり、製造が容易なため、広く使用されています。 [1] Ni 3 Alは、ニッケル基超合金の析出物として特に興味深く、γ'（ガンマプライム）相と呼ばれています。これにより、これらの合金は、融点の0.7～0.8までの高い強度とクリープ耐性を備えています。 [1] [2]一方、NiAlは、Ni 3 Alよりも密度が低く、融点が高く、熱伝導性と耐酸化性が優れているなど、優れた特性を示します。 [2]これらの特性により、ガスタービンやジェットエンジンのブレードのコーティングなど、特殊な高温用途に魅力的です。ただし、これらの合金は両方とも室温で非常に脆く、Ni 3 Alは高温でも脆いという欠点があります。[1]この問題を解決するために、 Ni3Alは多結晶ではなく単結晶の形で製造すると延性を高めることができることが示されています。 [3]
プロパティ
ニ3アル
多結晶Ni 3 Al系合金の重要な欠点は、室温および高温での脆性であり、これが構造用途の妨げとなっている。この脆性は、一般的に、高度に秩序化された格子内で転位が移動できないことに起因している。[5]少量のホウ素を導入すると、粒界破壊を抑制して延性を大幅に向上させることができる。[6]
Ni 基超合金は、γ 相 (Ni) 中にγ' 析出物 (Ni 3 Al)が形成されることで強度を得ており、これが析出硬化によって合金を強化します。これらの合金では、γ' 析出物の体積率が 80% にも達します。[7]この高い体積率のため、合金のライフサイクル中のこれらの γ' 析出物の進化が重要です。大きな懸念事項は、高温 (800 ～ 1000 °C) でのこれらの γ' 析出物の粗大化で、合金の強度が大幅に低下します。[7]この粗大化は、γ + γ' 相の界面エネルギーと弾性エネルギーのバランスによるもので、長期間にわたっては一般的に避けられません。[7]この粗大化の問題は、Fe、Cr、Mo などの他の元素を導入することで対処され、これにより多相構成が生成され、クリープ抵抗が大幅に向上します。[8]このクリープ抵抗は、不均一な析出物Cr4.6MoNi2.1の形成によるもので、これが転位を固定し、γ'相のさらなる粗大化を防ぎます。[8] FeとCrを添加すると、合金の溶接性も大幅に向上します。[8]
ニール
NiAl は、その有益な特性にもかかわらず、一般的に 2 つの要因に悩まされています。低温 (<330 °C (626 °F)) での非常に高い脆性と、550 °C (1,022 °F) を超える温度での急速な強度低下です。[9]脆性は、逆位相境界の高エネルギーと粒界に沿った高い原子秩序の両方に起因します。[9] Ni 3 Al ベースの合金の場合と同様に、これらの問題は一般に他の元素の統合によって解決されます。試行された元素は、微細構造への影響に応じて 3 つのグループに分けられます。
- TiやHfなどの三元金属間化合物相を形成する元素[9]
- Crなどの擬似二元共晶形成元素[9]
- NiAlに溶解度の高い元素としてはFe、Co、Cuなどがある[9]
より効果的な元素としては、常温延性と熱間加工性を大幅に向上させる Fe、Co、Cr などが示されています。[10]この向上は、β 相粒子を修正する γ 相の形成によるものです。[10] Fe、Ga、Mo との合金化も、常温延性を大幅に向上させることが示されています。[11]最近では、Cr、W、Mo などの再破砕金属が添加され、常温延性の向上だけでなく、高温での強度と破壊靭性の向上ももたらしています。[12]これは、共晶合金 Ni 45.5 Al 9 Mo や固溶体硬化に寄与する α-Cr 介在物などの独特の微細構造の形成によるものです。 [12]これらの複合合金（ Ni42Al51Cr3Mo4 ）は選択的レーザー製造などの付加製造プロセスによって製造できる可能性があることが示されており、これらの合金の潜在的な用途が大幅に増加しています。[12]
ニッケル基超合金
ニッケルベースの超合金では、Ni 3 Al 領域 (γ' 相と呼ばれる) がニッケルを多く含むマトリックス (γ 相と呼ばれる) から析出し、高い強度とクリープ耐性を実現します。多くの合金配合が利用可能であり、通常、さまざまな特性を向上させるために、クロム、モリブデン、鉄などの他の元素が含まれています。
例
IC-221M
IC-221Mとして知られるNi 3 Al合金は、ニッケルアルミナイドとクロム、モリブデン、ジルコニウム、ホウ素などの他の金属を組み合わせて作られています。ホウ素を添加すると、粒界化学を積極的に変化させ、結晶粒の微細化を促進することで合金の延性が向上します。この材料のホールペッチパラメータは、σ o = 163 MPa、k y = 8.2 MPaˑcm 1/2でした。[13]ホウ素は同様のメカニズムで バルクNi 3 Alの硬度を高めます。
この合金は重量の割に非常に強度が高く、一般的なSAE 304 ステンレス鋼の 5 倍の強度があります。ほとんどの合金とは異なり、IC-221M は室温から 800 °C (1,470 °F) まで強度が増加します。
この合金は耐熱性と耐腐食性に優れており、熱処理炉などの用途で使用され、寿命が長く腐食が少ないことからステンレス鋼よりも優れています。[14]この合金の微細構造にはNi 5 Zr共晶相が含まれているため、溶体化処理は割れのない熱間加工に効果的であることが判明しています。 [15]
参考文献
- ^ abc Kurbatkina, Victoria V. (2017-01-01)、「ニッケルアルミナイド」、Borovinskaya, Inna P.、Gromov, Alexander A.、Levashov, Evgeny A.、Maksimov, Yuri M. (編)、Concise Encyclopedia of Self-Propagating High-Temperature Synthesis、アムステルダム: Elsevier、pp. 212–213、ISBN 978-0-12-804173-4、 2021-03-07取得
- ^ abcdefgh Dey, GK (2003). 「ニッケルアルミナイドの物理的冶金学」Sādhanā . 28 (1–2): 247–262. doi :10.1007/BF02717135. ISSN 0256-2499.
- ^ Pope, DP; Ezz, SS (1984-01-01). 「γ'の体積率が高いNi3AIおよびニッケル基合金の機械的性質」. International Metals Reviews . 29 (1): 136–167. doi :10.1179/imtr.1984.29.1.136. ISSN 0308-4590.
- ^ abcdefgh Talaş, ş. (2018). 「ニッケルアルミナイド」金属間マトリックス複合材料エルゼビア pp. 37–69. doi :10.1016/b978-0-85709-346-2.00003-0. ISBN 978-0-85709-346-2。
- ^ Wu, Yu-ting; Li, Chong; Li, Ye-fan; Wu, Jing; Xia, Xing-chuan; Liu, Yong-chang (2020). 「Ni3Alベースの超合金の微細構造と機械的特性に対する熱処理の影響：レビュー」。国際鉱物・冶金・材料ジャーナル。28 (4): 553–566。doi : 10.1007 /s12613-020-2177- y。ISSN 1674-4799 。
- ^ K, Aoki (1990). 「ホウ素とのマイクロアロイによるL12金属間化合物Ni3Alの延性化」. Materials Transactions, JIM . 31 (6): 443–448. doi : 10.2320/matertrans1989.31.443 – J-STAGE経由.
- ^ abc Wu, Yuting; Liu, Yongchang; Li, Chong; Xia, Xingchuan; Wu, Jing; Li, Huijun (2019-01-15). 「Ni3Alベース合金のγ'+γ領域におけるγ′析出物の粗大化挙動」。Journal of Alloys and Compounds。771 : 526–533。doi : 10.1016 / j.jallcom.2018.08.265。ISSN 0925-8388。S2CID 139682282 。
- ^ abc Wu, Jing; Li, Chong; Wu, Yuting; Huang, Yuan; Xia, Xingchuan; Liu, Yongchang (2020-07-14). 「中間温度で1000°C-1000hの長期エイジング後の多相Ni3Alベース金属間合金のクリープ挙動」. Materials Science and Engineering: A . 790 : 139701. doi :10.1016/j.msea.2020.139701. ISSN 0921-5093. S2CID 225742080.
- ^ abcde Czeppe, Tomasz; Wierzbinski, Stanislaw (2000-08-01). 「NiAlおよびNi3Alベースの合金の構造と機械的特性」. International Journal of Mechanical Sciences . 42 (8): 1499–1518. doi :10.1016/S0020-7403(99)00087-9. ISSN 0020-7403.
- ^ ab 石田 功; 貝沼 亮; 上野 暢; 西沢 孝 (1991-02-01). 「微細構造制御による NiAl (B2) 基合金の延性向上」.冶金取引 A. 22 ( 2): 441–446. Bibcode :1991MTA....22..441I. doi :10.1007/BF02656811. ISSN 1543-1940. S2CID 135574438.
- ^ Darolia, Ram (1991-03-01). 「高温構造用途向けNiAl合金」JOM . 43 (3): 44–49. Bibcode :1991JOM....43c..44D. doi :10.1007/BF03220163. ISSN 1543-1851. S2CID 137019796.
- ^ abc Khomutov, M.; Potapkin, P.; Cheverikin, V.; Petrovskiy, P.; Travyanov, A.; Logachev, I.; Sova, A.; Smurov, I. (2020-05-01). 「選択的レーザー溶融法で製造された金属間化合物NiAl–Cr–Mo合金の構造と特性に対する熱間静水圧プレスの影響」。Intermetallics。120 : 106766。doi : 10.1016 / j.intermet.2020.106766。ISSN 0966-9795。S2CID 216231029 。
- ^ Liu, CT; White, CL; Horton, JA (1985). 「Ni3Alの粒界に対するホウ素の影響」Acta Metall . 33 (2): 213–229. doi :10.1016/0001-6160(85)90139-7.
- ^ クロフォード、ジェラルド (2003 年 4 月)。「Exotic Alloy Finds Niche」。ニッケル誌。2006 年 12 月 19 日閲覧。
- ^ Hadi, Morteza; Kamali, Ali Reza (2009-10-19). 「改良IC-221M合金の熱間加工性と機械的特性に関する調査」. Journal of Alloys and Compounds . 485 (1): 204–208. doi :10.1016/j.jallcom.2009.06.010. ISSN 0925-8388.